Un'innovazione nel riciclaggio della plastica che fa di più con meno, presentata oggi all'incontro autunnale dell'American Chemical Society a Chicago, aumenta contemporaneamente la conversione in prodotti utili utilizzando meno rutenio, metallo prezioso.

"La scoperta chiave che riportiamo è il carico di metallo molto basso", ha affermato Janos Szanyi, chimico del Pacific Northwest National Laboratory, che ha guidato il team di ricerca. "Questo rende il catalizzatore molto più economico."

Il nuovo metodo converte in modo più efficiente la plastica in preziosi prodotti chimici di base, un processo chiamato "riciclo". Inoltre, produce molto meno metano, un gas serra indesiderabile, come sottoprodotto, rispetto ad altri metodi riportati.

"È stato molto interessante per noi che non fosse stato pubblicato nulla in precedenza che mostrasse questo risultato", ha affermato il ricercatore post-dottorato Linxiao Chen, che ha presentato la ricerca all'ACS. "Questa ricerca mostra l'opportunità di sviluppare catalizzatori efficaci, selettivi e versatili per l'upcycling della plastica."

Meno metallo è di più nell'upcycling della plastica

I rifiuti di plastica a base di petrolio rappresentano una fonte non sfruttata di sostanze chimiche a base di carbonio che possono fungere da materiale di partenza per utili materiali durevoli e combustibili. Attualmente viene riciclata pochissima plastica, principalmente per ragioni economiche e pratiche. Ma gli scienziati del PNNL stanno cercando di cambiare la dinamica applicando la loro esperienza nella rottura efficiente dei legami chimici.

È noto che l'aggiunta di idrogeno, una reazione nota come idrogenolisi, a plastiche difficili da riciclare come il polipropilene e il polietilene rappresenta una strategia promettente per convertire i rifiuti di plastica in piccoli idrocarburi a valore aggiunto. Questo processo richiede catalizzatori efficienti e selettivi per renderlo economicamente fattibile.

Ecco dove eccelleva questa recente ricerca guidata dal PNNL.

Il team di ricerca ha scoperto che la riduzione della quantità di metallo prezioso rutenio ha effettivamente migliorato l'efficienza e la selettività del riciclo dei polimeri. In uno studio recentemente pubblicato su ACS Catalysis , hanno mostrato che il miglioramento dell'efficienza si è verificato quando il basso rapporto tra metallo e struttura di supporto ha fatto sì che la struttura si spostasse da una serie ordinata di particelle a zattere di atomi disordinati.

Atom intrappolati

Un track record di esperienza PNNL nei catalizzatori a singolo atomo ha aiutato il team a capire perché meno è meglio. Il team di ricerca ha osservato la transizione al disordine a livello molecolare e quindi ha utilizzato la teoria consolidata per dimostrare che i singoli atomi sono in realtà catalizzatori più efficaci in questo lavoro sperimentale.

Il lavoro si basa sulla ricerca sull'intrappolamento di atomi e sui catalizzatori a singolo atomo di Yong Wang, professore di ingegneria chimica presso la Washington State University, Pullman, e un ricercatore del PNNL Laboratory.

"C'è stato un grande sforzo dal punto di vista materiale per cercare di capire in che modo i singoli atomi o gli ammassi molto piccoli possono creare catalizzatori efficaci", ha affermato Gutiérrez.

All'ACS, Chen ha anche descritto il nuovo lavoro che esplora il ruolo del materiale di supporto nel migliorare l'efficienza del sistema.

"Abbiamo studiato materiali di supporto più economici e più facilmente disponibili per sostituire l'ossido di cerio", ha affermato Chen. "Abbiamo scoperto che un ossido di titanio modificato chimicamente può consentire un percorso più efficace e selettivo per l'upcycling del polipropilene."

Imparare a tollerare il cloro

Per rendere il metodo pratico per l'uso con flussi misti di riciclaggio della plastica, il team di ricerca sta ora esplorando come la presenza di cloro influenzi l'efficienza della conversione chimica.

"Stiamo esaminando condizioni di estrazione più impegnative", ha affermato il chimico Oliver Y. Gutiérrez, esperto di applicazioni industriali per la catalisi. "Quando non hai una fonte di plastica pulita, in un processo di riciclo industriale, hai cloro da polivinilcloruro e altre fonti. Il cloro può contaminare la reazione di riciclo della plastica. Vogliamo capire quale effetto ha il cloro sul nostro sistema."

Ora, questa comprensione fondamentale può aiutare a convertire i rifiuti di plastica che di solito finirebbero per inquinare l'ambiente in prodotti utili. + Esplora ulteriormente

Il percorso più diretto verso l'upcycling della plastica è la progettazione di polimeri specifici per il riutilizzo