Forskere ved ETH Zürich har udviklet en enklere metode med lavt energiforbrug til akrylglas genbrug, der genvinder op til 98% af materialet som rene monomerer og for første gang gør genbrug af akrylglas i høj kvalitet økonomisk realistisk.
Akrylglas, der er kendt under varemærket Plexiglas, bruges i vinduesruder, baglygter på biler, møbler og beskyttelsesskærme. Alligevel ender det meste af det stadig som affald, fordi ældre genbrugsmetoder var for dyre, for energikrævende eller for komplicerede for virksomheder at anvende.
Den nye undersøgelse, der er offentliggjort i Nature Chemistry, ændrer den beregning. Ifølge holdet er de genvundne monomerer rene nok til at fremstille nye polymerer af samme kvalitet som dem, der er fremstillet af jomfrueligt materiale, selv når udgangsmaterialet var farvet eller indeholdt urenheder.
Sådan virker den nye metode til akrylglas genbrug
Kernen i metoden er en enkelt, kommercielt tilgængelig og billig kemisk forbindelse fra en klasse, der kaldes N-hydroxyimider. Når reagenset tilsættes, angriber det akrylglassets polymerkæder, bryder dem fra hinanden og frigiver monomererne, hvorefter reaktionen fortsætter af sig selv.
Tidligere metoder krævede ofte, at forskerne kemisk ændrede polymerkæderne for at indføre svage led, eller at de brugte store mængder opløsningsmidler eller katalysatorer, eller ultraviolet lys, for at starte eller opretholde depolymeriseringen. ETH Zürich-holdet søgte systematisk, indtil det fandt et stof, der kunne klare opgaven alene.
“Det, der gør vores nye tilgang så spændende, er dens enkelhed,” sagde Richard Whitfield, hovedforfatter af undersøgelsen og tidligere forskningsassistent i professor Athina Anastasakis gruppe. “Det eneste, der overraskede os, var, at et enkelt kemikalie virkelig var tilstrækkeligt til reaktionen,” forklarede Anastasaki.
Halv varme, ingen opløsningsmidler
Depolymeriseringen med den nye metode begynder ved lidt over 200 grader Celsius, mod et tidligere minimum på 400 grader. Processen bruger slet ingen opløsningsmidler, hvilket både reducerer energiforbruget og processens kompleksitet.
Det betyder noget, fordi andre kemiske genbrugsruter, såsom pyrolyse, typisk nedbryder plast ved temperaturer, der som regel ligger over 400 grader Celsius, og de genvundne monomerer er ofte relativt urene, med urenheder på op til 3%, hvilket kan påvirke kvaliteten af den plast, der fremstilles af dem.
Holdet samarbejdede med ETH-professorerne i kemi Tae-Lim Choi og Gunnar Jeschke for at besvare åbne spørgsmål om reaktionen. Anastasaki sagde, at de næste skridt er at opskalere metoden og få en detaljeret forståelse af dens mekanismer, og derefter at udvikle stoffer, der yderligere fremskynder nedbrydningen af polymerer og forbedrer monomerudbyttet.
Hvorfor akrylglas genbrug betyder noget nu
At holde akrylglas i brug, i stedet for at sende det til deponi eller forbrænding, passer til den cirkulære økonomi, der er kernen i zero waste-dagsordenen. Når en holdbar plast kan brydes tilbage til rene byggesten, har producenterne brug for mindre jomfrueligt materiale, og affald ophører med at være et endepunkt.
Timingen betyder også noget for klimapolitikken. COP31-formandskabet har gjort zero waste til et af sine ti Action Agenda-temaer med et mål om at halvere den forventede vækst i det globale kommunale affald inden 2035 og løfte den globale cirkulære materialeanvendelse til mindst 15% inden 2035. Fremskridt inden for genbrug med lavt energiforbrug af denne art er netop de praktiske skridt, som den dagsorden afhænger af.
ETH Zürich har indgivet en patentansøgning for metoden og søger nu licenstagere. Den kemiske industri har vist interesse, og en vigtig fordel er, at metoden kan implementeres ved hjælp af eksisterende infrastruktur og standardprocesser, uden at virksomhederne skal ændre deres udstyr.
Der er en klar begrænsning: Metoden virker kun med akrylglas, og der er brug for andre tilgange til andre plasttyper. Anastasaki er dog optimistisk og siger, at holdet vil forsøge at anvende det samme princip på polystyren, en af verdens mest anvendte plasttyper.
For læsere, der følger praktiske affaldsløsninger, har Watan News også rapporteret om Hawaii, der forvandler havplast til veje, hvor genbrugsmateriale fra fiskenet blev testet i asfalt.
Vigtigste fakta
- Hvad: En ny metode med lavt energiforbrug til at genbruge akrylglas til rene monomerer.
- Udbytte: Monomerudbyttet kan være så højt som 98%.
- Temperatur: Depolymeriseringen begynder ved lidt over 200 grader Celsius mod et tidligere minimum på 400 grader.
- Opløsningsmidler: Ingen anvendt i den nye proces.
- Kvalitet: Genvundne monomerer kan fremstille nye polymerer af samme kvalitet som jomfrueligt materiale, selv fra farvet eller urent udgangsmateriale.
- Status: Offentliggjort i Nature Chemistry; patent indgivet; ETH Zürich søger licenstagere.
