Die Forscher waren in ihrer Reaktion in der Lage, 90% des Kunststoffs innerhalb einer Stunde bei moderaten Temperaturen in Düsentreibstoff und andere wertvolle Kohlenwasserstoffprodukte umzuwandeln und den Prozess leicht fein abzustimmen, um die gewünschten Produkte zu erzeugen. Unter der Leitung der Doktorandin Chuhua Jia und Hongfei Lin, außerordentlicher Professor an der Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering, berichten sie über ihre Arbeit in der Zeitschrift Chem Catalysis.
"In der Recycling-Industrie sind die Kosten für das Recycling entscheidend", sagte Lin. "Diese Arbeit ist ein Meilenstein für uns, um diese neue Technologie bis zur Kommerzialisierung voranzutreiben."
In den letzten Jahrzehnten hat die Anhäufung von Kunststoffabfällen eine Umweltkrise verursacht, die Ozeane und unberührte Umgebungen auf der ganzen Welt verschmutzt. Beim Abbau gelangen winzige Teile von Mikroplastik in die Nahrungskette und werden zu einer potenziellen, wenn auch unbekannten Gefahr für die menschliche Gesundheit.
Das Recycling von Kunststoffen ist jedoch problematisch. Die gebräuchlichsten mechanischen Recyclingmethoden schmelzen den Kunststoff und formen ihn neu, aber das mindert seinen wirtschaftlichen Wert und seine Qualität für die Verwendung in anderen Produkten. Chemisches Recycling kann qualitativ hochwertigere Produkte erzeugen, erfordert aber hohe Reaktionstemperaturen und eine lange Verarbeitungszeit, was es für die Industrie zu teuer und umständlich macht. Aufgrund dieser Einschränkungen werden in den USA jedes Jahr nur etwa 9 % des Kunststoffs recycelt.
In ihrer Arbeit entwickelten die WSU-Forscher einen katalytischen Prozess zur effizienten Umwandlung von Polyethylen in Düsentreibstoff und hochwertige Schmiermittel. Polyethylen, auch bekannt als Kunststoff Nr. 1, ist der am häufigsten verwendete Kunststoff und wird in einer Vielzahl von Produkten verwendet, von Plastiktüten, Plastikmilchkannen und Shampooflaschen bis hin zu korrosionsbeständigen Rohrleitungen, Holz-Kunststoff-Verbundholz und Kunststoffmöbeln.
Für den Prozess verwendeten die Forscher einen Ruthenium-auf-Kohlenstoff-Katalysator und ein gängiges Lösungsmittel. Sie waren in der Lage, etwa 90 % des Kunststoffs innerhalb einer Stunde bei einer Temperatur von 220 Grad Celsius (428 Grad Fahrenheit) in Bestandteile von Düsentreibstoff oder andere Kohlenwasserstoffprodukte umzuwandeln, was effizienter und niedriger ist als die Temperaturen, die normalerweise verwendet würden.
Jia war überrascht, wie gut das Lösungsmittel und der Katalysator funktionierten. "Vor dem Experiment haben wir nur spekuliert, aber wir wussten nicht, ob es funktionieren würde", sagte er. "Das Ergebnis war so gut."
Die Anpassung der Verarbeitungsbedingungen, wie die Temperatur, die Zeit oder die Menge des verwendeten Katalysators, war der entscheidende Schritt, um eine Feinabstimmung des Prozesses vornehmen zu können, um wünschenswerte Produkte zu erzeugen, sagte Lin.
"Je nach Markt können sie abstimmen, welches Produkt sie erzeugen wollen", sagte er. "Sie haben Flexibilität. Die Anwendung dieses effizienten Prozesses könnte ein vielversprechender Ansatz für die selektive Herstellung hochwertiger Produkte aus Polyethylenabfällen sein."
Mit Unterstützung der Washington Research Foundation arbeiten die Forscher daran, den Prozess für eine zukünftige Kommerzialisierung zu skalieren. Sie glauben, dass ihr Verfahren auch mit anderen Kunststoffarten effektiv funktionieren könnte.
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