Vědci z University of Cambridge vyvinuli revoluční proces “v jedné nádobě”, který přeměňuje složitý plastový odpad na čisté vodíkové palivo a cenné průmyslové chemikálie. Kombinací solární energie s kyselinou sírovou extrahovanou z odepsaných autobaterií tato metoda řeší hned dva velké ekologické problémy: znečištění plasty a neefektivní zpracování olověných baterií.
Studie publikovaná v časopise * Joule * ukazuje systém cyklického upsyklování, který nejen rozkládá plast, ale také jej přeměňuje na užitečné produkty a nabízí udržitelnou alternativu k tradiční výrobě vodíku na bázi fosilních paliv.
Problém recyklace plastů
Globální rozsah plastového odpadu je ohromující. Jen za rok 2025 bylo na světě vyrobeno více než 440 milionů amerických tun* (400 milionů metrických tun) plastového odpadu. I přes tento objem bylo reálně recyklováno * * méně než 10%.
Hlavní překážkou je rozmanitost typů plastů. Zatímco běžné druhy, jako je polypropylen a polyetylen, lze roztavit a přeformátovat, jiné vyžadují komplexní chemický rozklad. Do této kategorie patří polykondenzační polymery, jako jsou:
* * * Polyethylentereftalát (pet): * * Používá se v balení potravin a nápojů.
* * * Polyuretan (PU): * * Používá se v pěně na sedadla, lůžkoviny a izolaci.
* * * Nylon: * * syntetický polymer používaný v textiliích a plastech.
Tyto materiály se tvoří během chemických reakcí, které uvolňují vodu, což vytváří dlouhé polymerní řetězce. K jejich recyklaci je nutné znovu zavést vodu, aby se tyto vazby přerušily-proces zvaný hydrolýza, který uvolňuje původní stavební kameny nebo monomery.
Dvoufázové řešení v jednom reaktoru
Tým Cambridgeské univerzity pod vedením výzkumníka Kaye Quartena si dal za cíl jít nad rámec pouhé obnovy monomerů. Vyvinuli systém s jedním reaktorem, který kombinuje * * depolymerizaci plastu a * generování vodíku.
Krok 1: rozklad plastu
Proces začíná plastovými PET lahvemi, které se rozmělní na jemný prášek a rozpustí se v koncentrované kyselině sírové. Směs se zahřívá na 140 ° C (284 ° F), což spouští hydrolýzu. To rozloží pat na dva cenné monomery:
1. ** Kyselina tereftalová: * * při tvorbě se sráží z roztoku.
2. ** Ethylenglykol: * * zůstává v kyselé tekutině.
Krok 2: generování vodíku z odpadní kyseliny
Výroba vodíku z ethylenglykolu tradičně vyžaduje alkalické podmínky. Výzkumníci však narazili na omezení: chtěli použít kyselinu sírovou získanou z recyklovaných autobaterií. V současné době se při recyklaci automobilových baterií získává pouze olovo a kyselina zůstává jako odpad.
K realizaci této myšlenky tým vyvinul nový * * molybdenový katalyzátor * * stabilní v kyselém prostředí. Při vystavení slunečnímu záření tento katalyzátor oxiduje ethylenglykol. Tato reakce uvolňuje elektrony, které přeměňují protony z kyseliny navodíkový plyn. Zbývající ethylenglykol se přemění na kyselinu octovou.
“Kyselina sírová je součástí autobaterií, ale při jejich recyklaci se získává pouze olověná část,” vysvětlil Kay Quarten. “Můžeme extrahovat kyselinu akumulátorovou a použít ji místo nové. To je silný argument pro udržitelný rozvoj.”
Mimo vodík: průmyslové aplikace
Zatímco vodík a kyselina octová jsou méně cenné než původní monomer ethylenglykolu, tento proces nabízí univerzální platformu pro další chemické reakce. Profesor Erwin Reisner, spoluautor studie, zdůraznil potenciál pro * * hydrogenaci* * – kritický průmyslový proces, který se obvykle spoléhá na vodík získaný z fosilních paliv.
V následné studii publikované v * Angewandte Chemie International Edition * vědci prokázali, že tento systém může hydrogenovat substráty obsahující dusík na farmaceutické stavební kameny. Pomocí plastového odpadu jako zdroje vodíku místo fosilních paliv se uhlíková stopa těchto reakcí * * snižuje na polovinu**.
Výzvy a perspektivy budoucnosti
Využití několika sekundárních zdrojů – plastového odpadu, kyseliny akumulátorové a solární energie — je inovativní. Komercializace však čelí překážkám. Amit Kumar, výzkumník katalytiky ze St Andrews University, poznamenal, že zatímco věda vypadá slibně, fotochemická fáze může být pro průmyslové použití obtížně škálovatelná.
Tým University of Cambridge nyní pracuje na úpravě procesu pro průtokové reaktory, které umožňují kontinuální přeměnu reaktantů na produkty, spíše než použití dávkového zpracování. Pokud bude tato technologie úspěšná, může poskytnout škálovatelný, nízkouhlíkový způsob výroby základních chemikálií a paliv, čímž se dva nejodolnější proudy Světového odpadu promění v cenné zdroje.
Závěr
Tento inovativní proces představuje významný krok k oběhové ekonomice, což dokazuje, že plastový odpad a odpadní kyselina z baterií lze přeměnit na čistou energii a farmaceutické prekurzory. Integrací solární energie a reaktantů pocházejících z odpadu Technologie nabízí udržitelnou cestu ke snížení závislosti na fosilních palivech a zároveň bojovat proti globálnímu znečištění plasty.
