Mokslininkai iš Vaterlo universiteto sukūrė saulės energija paremtą metodą, leidžiantį plastiko atliekas paversti acto rūgštimi – pagrindine acto sudedamąja dalimi.
Šiame procese pasitelkiama saulės šviesa ir specialiai sukurtas katalizatorius, kuris plastiką skaido molekuliniu lygmeniu. Taip atsiranda galimybė atliekas ne tik perdirbti, bet ir „išaukštinti“ (angl. upcycling) – paversti didesnės vertės produktu, jų nedeginant ir nedidinant anglies dioksido bei kitų šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijų.
Tyrėjų komanda sukūrė gamtos įkvėptą kaskadinės fotokatalizės sistemą, kurios pagrindą sudaro anglies nitrido matricoje įterpti pavieniai geležies atomai.
Veikiant saulės šviesai, ši medžiaga inicijuoja nuoseklią cheminių reakcijų grandinę, kuri plačiai paplitusius plastikų polimerus paverčia acto rūgštimi, pasižyminčia dideliu išgavimo selektyvumu.
Skirtingai nei daugelis tradicinių perdirbimo metodų, kuriems reikia aukštos temperatūros ar energijos iš iškastinio kuro, ši technologija veikia vandeninėje terpėje ir naudoja saulės energiją. Tai ypač aktualu sprendžiant mikroplastiko taršos vandenyse problemą.
Sistema buvo išbandyta su plačiai naudojamomis plastiko rūšimis: PVC, PP, PE ir PET. Ji išliko efektyvi net apdorojant mišrius plastikų srautus, o tai itin svarbu realiomis atliekų tvarkymo sąlygomis.
Saulės energija varomas plastikų „išaukštinimas“
Plastiko atliekos, ypač mikroplastikas, aptinkamos tiek jūrų, tiek sausumos ekosistemose. Šių medžiagų kaupimasis kelia susirūpinimą dėl galimo poveikio laukinei gamtai ir žmonių sveikatai.
„Mūsų tikslas buvo išspręsti plastiko taršos problemą, paverčiant mikroplastiko atliekas vertingais produktais naudojant saulės šviesą“, – teigė dr. Yiminas Wu, mechanikos ir mechatronikos inžinerijos profesorius, einantis „Tang Family Chair in New Energy Materials and Sustainability“ pareigas.
Tyrimą vykdė Vaterlo universiteto doktorantas Wei Wei, vadovaujamas dr. Wu. Ankstyvosios stadijos darbai buvo paremti pradiniu grantu, kurį bendrai finansavo Vaterlo universiteto Nanotechnologijų institutas ir Vandens institutas.
Katalizatoriaus konstrukcija paremta gamtiniais procesais. Kai kurios grybų rūšys naudoja fermentus sudėtingoms organinėms medžiagoms skaidyti nuoseklių reakcijų būdu. Panašiai ir Vaterlo komanda sukūrė kaskadinių reakcijų kelią, kuris palaipsniui skaido plastikų polimerus iki acto rūgšties.
Pavieniais atomais paremtas katalizatoriaus dizainas
Sistemos šerdis – pavieniai geležies atomai, tolygiai išsklaidyti anglies nitrido gardelėje. Tokios vienatomės aktyviosios vietos pagerina reakcijos valdymą ir efektyvumą veikiant saulės šviesai, todėl galima selektyviai gauti acto rūgštį, o ne įvairių šalutinių produktų mišinį.
Acto rūgštis plačiai naudojama pramonėje – nuo maisto gamybos iki chemijos pramonės ir energijos sistemų. Plastiko atliekų pavertimas šia jungtimi leidžia sukurti pridėtinės vertės produktą ir kartu mažinti taršą.
Mokslininkai atliko ir technoekonominę analizę, siekdami įvertinti technologijos komercinį potencialą. „Tiek verslo, tiek visuomenės požiūriu su šia inovacija susijusi finansinė ir ekonominė nauda atrodo perspektyvi“, – teigė Vandens instituto vykdomasis direktorius Roy’us Brouweris, vienas iš publikacijos, kurioje pristatoma ši analizė, bendraautorių.
Dr. Wu pabrėžė aplinkosauginį metodo pranašumą: „Šis metodas leidžia pasitelkti gausią ir nemokamą saulės energiją plastiko taršai skaidyti, nepridedant papildomo anglies dioksido į atmosferą.“
Kadangi reakcija vyksta vandenyje ir plastiką skaido cheminiu lygmeniu, ši technologija galėtų sudaryti prielaidas mikroplastiko problemą spręsti tiesiogiai, o ne vien jį mechaniškai filtruoti.
Nors sistema kol kas yra laboratorinių tyrimų stadijoje, komanda teigia, kad ją būtų galima toliau optimizuoti ir didinti mastą, pasitelkiant medžiagų inžinerijos ir gamybos pažangą.
