新しいプロセスにより、より効率的なプラスチックリサイクルが可能になる可能性がある

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海洋、土壌、さらには私たちの体内へのプラスチック廃棄物の蓄積は現代の主要な汚染問題の1つであり、これまでに50億トン以上が処分されています。 プラスチック製品をリサイクルするための大規模な取り組みにもかかわらず、その多様な材料の組み合わせを実際に利用することは依然として困難な問題です。

重要な問題は、プラスチックには非常に多くの種類があり、プラスチックを何らかの方法で再利用できる形に分解するための化学プロセスは、プラスチックの種類ごとに非常に特殊である傾向があることです。 ソーダボトルから洗剤の水差し、プラスチック製のおもちゃに至るまで、ごちゃ混ぜになった廃棄物を分別することは、大規模では現実的ではありません。 今日、リサイクル プログラムを通じて収集されたプラスチック材料の多くは、最終的には埋め立て地に捨てられています。 確かにもっと良い方法があります。

MIT などによる新しい研究によると、実際にはもっと良い方法があるようです。 コバルトベースの触媒を使用する化学プロセスは、最も広く生産されている 2 つのプラスチック形態であるポリエチレン (PET) とポリプロピレン (PP) などのさまざまなプラスチックを単一の製品に分解するのに非常に効果的であることが判明しました。プロパン。 プロパンはストーブ、ヒーター、車両の燃料として、あるいは新しいプラスチックを含むさまざまな製品の製造原料として使用できるため、少なくとも部分的な閉ループのリサイクル システムが提供される可能性があります。

この発見は本日、オープンアクセスジャーナルJACS Auに、MITの化学工学教授ユーリー・ロマン=レシュコフ氏、博士研究員グイド・ジチテラ氏、およびMIT、SLAC国立加速器研究所、国立再生可能エネルギー研究所の他の7名による論文で記載されている。

ロマンレシュコフ氏は、プラスチックの長鎖分子は「非常に安定していて分解するのが難しい」炭素結合によって結合されているため、プラスチックのリサイクルは厄介な問題だと説明する。 これらの結合を切断するための既存の技術では、異なる分子がランダムに混合して生成される傾向があり、使用可能な特定の化合物に分離するには複雑な精製方法が必要になります。 「問題は、炭素鎖のどこで分子を切断するかを制御する方法がないことです」と彼は言う。

しかし、研究者らが驚いたことに、コバルトナノ粒子を含むゼオライトと呼ばれる微多孔質材料でできた触媒は、さまざまなプラスチックポリマー分子を選択的に分解し、その80パーセント以上をプロパンに変えることができる。

ゼオライトには幅 1 ナノメートル未満 (ポリマー鎖の幅に相当) 未満の小さな細孔がたくさんありますが、ゼオライトとポリマーの間には相互作用がほとんどないというのが論理的な想定でした。 しかし、驚くべきことに、その逆が事実であることが判明しました。ポリマー鎖が細孔に進入するだけでなく、コバルトとゼオライトの酸部位との間の相乗作用により、同じ点で鎖が切断される可能性があります。 その切断部位は、不要なメタンを生成することなくプロパン分子 1 つだけを切り取ることに相当し、残りの長い炭化水素は何度でもプロセスを受ける準備ができたままにされることが判明しました。

「プロパンという 1 つの化合物を手に入れると、下流での分離の負担が軽減されます」とロマン-レシュコフ氏は言います。 「これが、これが非常に重要であると私たちが考える理由の本質です。私たちは絆を解消するだけでなく、主にさまざまな製品やプロセスに使用できる単一の製品を生成しています。」

同氏によれば、このプロセスに必要な材料であるゼオライトとコバルトは「どちらも非常に安価」で広く入手可能だが、現在コバルトのほとんどはコンゴ民主共和国の問題地域で産出されているという。 カナダ、キューバ、その他の場所でいくつかの新しい生産が開発されています。 このプロセスに必要なもう 1 つの材料は水素です。現在、水素は主に化石燃料から製造されていますが、太陽光や風力などの炭素を含まない電気を使用した水の電気分解など、他の方法でも簡単に作ることができます。

研究者らは、混合リサイクルプラスチックの実例でシステムをテストし、有望な結果をもたらしました。 しかし、プラスチック容器に貼り付けられたインク、接着剤、ラベル、またはプラスチック容器に混入する他の非プラスチック材料など、材料中のさまざまな汚染物質によってどの程度の汚れが発生しているかを判断するには、より多様な混合廃棄物の流れについてさらなる試験が必要となるだろう。廃棄物とそれがプロセスの長期安定性にどのような影響を与えるか。

MIT チームは、NREL の協力者とともに、このシステムの経済性の研究を続けており、プラスチックと混合廃棄物の流れを処理する今日のシステムにどのように適合できるかを分析しています。 「まだすべての答えは出ていない」とロマン＝レシュコフ氏は言うが、予備的な分析では期待が持てるようだ。

研究チームには、SLAC国立加速器研究所のアマニ・エブラヒム氏とシモーネ・ベア氏が含まれていました。 MITのJie Zhu、アンナ・ブレナー、グリフィン・ドレイク、ジュリー・ローラー。 と国立再生可能エネルギー研究所のグレッグ・ベッカム氏。 この研究は、米国エネルギー省 (DoE)、スイス国立科学財団、エネルギー省のエネルギー効率・再生可能エネルギー局、先端製造局 (AMO)、およびバイオエネルギー技術局 (BETO) の支援を受けました。熱可塑性プラスチックを埋め立て地と環境から守るための生物最適化技術 (BOTTLE) コンソーシアム。

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