یک بطری دور انداخته شده، کیسه خرید یا قطعه خودرو می‌تواند تا مدت‌ها پس از پایان عمر مفیدش در جریان زباله‌ها باقی بماند. اگرچه پلاستیک در جامعه امروزی همه‌جا یافت می‌شود، اما بازیافت آن همچنان دشوار است؛ زیرا اکثر سیستم‌ها نیازمند جداکردن انواع مختلف پلاستیک در قدم اول هستند که گامی گران و نیازمند نیروی کار زیاد است.
در نتیجه، تنها ۹ درصد از زباله‌های پلاستیکی بازیافت می‌شوند، در حالی که ۷۹ درصد به محل‌های دفن زباله می‌روند و ۱۲ درصد سوزانده می‌شوند که موجب آزاد شدن دی‌اکسید کربن می‌گردد.
تبدیل پلاستیک‌های مخلوط به هیدروژن پاک
پژوهشگرانی به سرپرستی مشترک دانشکده مهندسی ساموئلی در دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس (UCLA) و دانشگاه زنان ایوا (Ewha) در کره جنوبی، یک فرآیند شیمیایی را به نمایش گذاشته‌اند که مخلوطی از سه پلاستیک پرکاربرد را به سوخت هیدروژن با خلوص بالا تبدیل می‌کند. این روش در دماهایی به‌مراتب پایین‌تر از گازسازی سنتی عمل می‌کند و کربن را به جای آزادسازی به صورت دی‌اکسید کربن در جو، به عنوان یک ماده معدنی جامد ذخیره می‌نماید.
این یافته‌ها که در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است، بر «فرآوری حرارتی آلکالین» (ATT) تمرکز دارد؛ روشی که در آن هیدروکسید سدیمِ گرم‌شده با مواد ارگانیک واکنش داده و هیدروژن تولید می‌کند. این فرآیند در یک راکتور واحد، مخلوطی از پلی‌اتیلن ترپتالات (PET)، پلی‌اتیلن (PE) و پلی‌پروپیلن (PP) را بدون نیاز به جداسازی اولیه پلاستیک‌ها فرآوری کرد. هیدروژن به‌دست‌آمده به خلوصی بالاتر از ۹۰ درصد رسید.
آه-هیونگ آلیسا پارک، از نویسندگان مسئول این پژوهش، رئیس دانشکده ساموئلی UCLA و استاد مهندسی شیمی و زیست‌مولکولی گفت: «
ما در حال حل هم‌زمان دو مشکل حیاتی جهانی هستیم. زباله‌های پلاستیکی با سرعتی نگران‌کننده در حال انباشته شدن هستند و هیدروژن پاک برای کربن‌زدایی از بخش انرژی ضروری است. این فناوری با روشی خلاقانه و قابل گسترش به مواجهه با هر دوی این چالش‌ها می‌رود.
پارک و وو-جائه کیم (استاد مهندسی شیمی و علم مواد در دانشگاه ایوا و دیگر نویسنده مسئول این مطالعه)، در اصل روش ATT را به عنوان یک راهکار کربن-خنثی برای تبدیل زیست‌توده‌هایی مانند جلبک‌های دریایی به گاز هیدروژن توسعه داده بودند. پژوهشگران این روش را برای زباله‌های پلاستیکی تطبیق داده و آن را در آزمایش‌های آزمایشگاهی روی PET ،PE و PP به کار گرفتند. این روش ضمن اجرا در دماهایی ۳۰۰ تا ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد پایین‌تر از دماهای مورد نیاز برای گازسازی سنتی با بخار، هیدروژن به‌مراتب بیشتری از PET تولید کرد.
گرمایش ملایم، قفل پلاستیک‌های سرسخت را باز می‌کند
پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن در ابتدا هیدروژن کمتری نسبت به PET تولید کردند، زیرا ساختار آن‌ها کاملاً از پیوندهای پایدار کربن-هیدروژن تشکیل شده که پاسخ ضعیفی به فرآوری آلکالین می‌دهند.
برای واکنش‌پذیر کردن این پلاستیک‌ها، پژوهشگران یک پیش‌فرآوری اکسیداسیون حرارتی را اضافه کردند که آن‌ها را پیش از واکنش اصلی، به مدت کوتاهی در معرض هوا گرم می‌کند. این کار گروه‌های عاملی حاوی اکسیژن را در طول زنجیره‌های پلیمری وارد می‌کند و پایگاه‌های شیمیایی ایجاد می‌نماید که هیدروکسید سدیم می‌تواند به آن‌ها حمله کند.
بخش اعظم کربن وارد هوا نمی‌شود
پس از این مرحله فعال‌سازی، هر سه پلاستیک به شکلی کارآمد تجزیه شدند. هیدروکسید سدیم، کربن آزادشده در طول واکنش را جذب کرده و آن را به جای خروج به شکل دی‌اکسید کربن، به سدیم کربنات جامد تبدیل نمود. آنالیزهای پس از فرآوری نشان داد که بیش از ۷۵ درصد از کربن اولیه پلاستیک‌ها در ترکیبات پایدار کربنات یا بقایای ارگانیک مایع باقی مانده است. کمتر از ۱۳ درصد وارد فاز گازی شد و این واکنش، کربن ناچیزی را به طور مستقیم در جو آزاد کرد.
سپس یک فرآیند بازیافت ساده می‌تواند سدیم کربنات را به کلسیم کربنات تبدیل کند و کربن را به طور دائمی در یک ماده معدنی ذخیره سازد که معمولاً توسط صنایع با انتشار کربن بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.
روش‌های پایین‌دمای قبلی برای تولید هیدروژن از زباله‌های پلاستیکی با محدودیت‌های بزرگی روبرو بودند. روش‌های اصلاح نوری خورشیدی (photoreforming) و تبدیل الکتروشیمیایی عموماً فقط با پلاستیک‌های حاوی اکسیژن مانند PET کار می‌کنند و پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن را با وجود فراوانی زیاد در زباله‌ها، کنار می‌گذارند. گازسازی سنتی با دمای بالا می‌تواند مخلوط‌های جدا‌نشده را فرآوری کند، اما انتشار دی‌اکسید کربن قابل‌توجهی تولید می‌نماید. این نخستین استفاده از روش ATT پژوهشگران است که برای غلبه هم‌زمان بر هر سه مشکل طراحی شده است.
مقیاس تجاری هنوز اثبات نشده است
کیم گفت:
این فناوری با کاهش هزینه‌های جداسازی و پیچیدگی‌های فرآیند که موانع اصلی تجاری‌سازی بوده‌اند، این پتانسیل را دارد که به یک فناوری کلیدی و نسل بعدی تبدیل شود که هم از اقتصاد هیدروژنی و هم از اقتصاد چرخشی پشتیبانی می‌کند.
پیش از اینکه این فرآیند بتواند در مقیاس تجاری مورد استفاده قرار گیرد، پژوهشگران باید عملکرد آن را بیش از پیش بهبود بخشند و عملی بودن آن از نظر اقتصادی را تعیین کنند.
منبع: Scitechdaily
