Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

PDK – plastik przyszłości rozwiąże problem recyklingu tworzyw sztucznych?

Recommended Posts

Naukowcy z Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) opracowali plastik nowej generacji, który można wielokrotnie poddawać recyklingowi, nadając mu różne kształty i kolory. Obecnie plastik, ze względu na to, że zawiera najróżniejsze dodatki jak barwniki, wypełniacze czy opóźniacze zapłonu, stanowi poważny problem, m.in. dlatego, że tylko niewielka jego część może zostać poddana recyklingowi. Nawet najłatwiejszy w recyklingu PET jest powtórnie wykorzystywany jedynie w 20-30%.

Materiał opracowany w Berkeley Lab może całkowicie zmienić reguły gry. Nowy plastik można rozłożyć na molekuły, a później ponownie je złożyć w dowolny kształt czy kolor, nie tracąc przy tym jego właściwości ani jakości. O opracowaniu nowego materiału, nazwanego PDK poli(diketoenoamina), poinformowano na łamach Nature Chemistry.

Większość plastiku nie powstała z myślą o recyklingu. My odkryliśmy nowy sposób na tworzenie plastiku, który bierze pod uwagę recykling z perspektywy molekularnej, mówi główny autor badań, Peter Christensen.

Wszystkie plastiki tworzone są z dużych molekuł, polimerów. Te z kolei składają się z powtarzalnych sekwencji krótszych monomerów zawierających węgiel. Problem z recyklingiem plastiku polega na tym, że związki chemiczne, które są dodawane doń, by był użyteczny, powodujące np. że jest elastyczny, wytrzymały, twardy itp., bardzo silnie łączą się z monomerami i pozostają w nich nawet podczas procesu recyklingu. Jako, że ścisłe oddzielenie od siebie plastików zawierających różne dodatki nie jest możliwe, plastik jest w procesie recyklingu rozdrabniany i roztapiany, ale trudno jest przewidzieć, jakie właściwości będzie miał produkt wyjściowy. To zaś oznacza, że plastik poddany recyklingowi jest znacznie mniej użyteczny niż ten nowo wyprodukowany. W związku z tym większość plastiku trafia na wysypiska lub do spalarni.

Jako, że ludzkość nie ma najmniejszego zamiaru rezygnować z plastiku, a materiał ten staje się coraz większym problemem dla środowiska naturalnego, jednym praktycznym rozwiązaniem jest stworzenie plastiku, który można bez problemu poddać recyklingowi. Teraz pojawiła się na to szansa. Plastik, który można bez końca poddawać recyklingowi może być tworzony z polimerów zbudowanych z PDK.

W PDK nienaruszalne wiązania tradycyjnego plastiku zostały zastąpione odwracalnymi wiązaniami, które pozwalają na efektywny recykling materiału, mówi materiałoznawca Brett Helms z Berkeley Lab. W przeciwieństwie do tradycyjnego plastiku monomery PDK można odzyskiwać i odczepić od nich każdy związek chemiczny. Cały proces jest wyjątkowo prosty i polega na zanurzeniu materiału w silnym kwasie. Ten oddziela monomery od dołączonych doń związków.

Do odkrycia niezwykłych właściwości plastiku bazującego na PDK doszło, gdy Christensen eksperymentował z różnymi kwasami dodawanymi do kleju zawierającego PDK i zauważył, że skład kleju się zmienił. Zaintrygowany tym zbadał swoją próbkę za pomocą jądrowego rezonansu magnetycznego. Ku naszemu zdziwieniu w próbce mieliśmy oryginalne monomery, mówi Helms.

Naukowcy przystąpili do eksperymentów i okazało się, że kwas nie tylko rozbija polimer PDK na monomery, ale również uwalnia monomery od wszelkich dodatków. Następnie uczeni dowiedli, że takie monomery mogą zostać ponownie połączone w polimery, a z polimerów tych można wyprodukować plastik, który nie odziedziczy żadnych właściwości po wcześniejszym materiale. To zaś oznacza, że powstał plastik, z którego można np. wyprodukować torbę foliową, tę z kolei można przerobić na część samochodową, z której po zużyciu powstanie pasek do zegarka.

Znajdujemy się w takim punkcie historii, w którym musimy zacząć myśleć o przyszłej infrastrukturze radzącej sobie z segregacją i przetwarzaniem naszych śmieci. Jeśli taka infrastruktura będzie tworzona z myślą o recyklingu PDK i podobnych plastików, to będziemy w stanie bardziej efektywnie pozbyć się plastiku z gleby i oceanów. To dobry czas, by pomyśleć o projektowaniu materiałów i zakładów przetwórczych umożliwiających obieg plastiku w gospodarce, dodaje Helms.

Teraz badacze chcą skupić się na stworzeniu całego wachlarza plastiku PDK o różnych właściwościach termicznych i mechanicznych. Chcą udowodnić, że ich materiał nadaje się do przemysłu odzieżowego, druku 3D i produkcji pianek technicznych. Będą też szukali sposobów na wzbogacenie poli(diketoenoaminy) o materiał pochodzenia roślinnego i z innych źródeł odnawialnych.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Czyli teraz "wystarczy" opracować metodę oddzielania pdk od innych plastików

  • Haha 1

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na jednej z plaż zachodniej Norwegii znaleziono umierającą wyczerpaną zyfię gęsiogłową. Zwierzę było tak wycieńczone, że zdecydowano się je uśpić. Gdy wykonano sekcję zwłok, od razu zauważono, co było przyczyną śmierci. Jego żołądek wypełniony był 30 plastikowymi torbami i licznymi mniejszymi kawałkami plastiku.
      Zyfie są rzadkością na tych wodach, dlatego zdecydowano, że ciało zostanie przekazane Muzeum w Bergen. Pięciu naukowców przez sześć godzin pracowało nad wstępnym spreparowaniem walenia. Gdy otworzyli jego żołądek, natychmiast spostrzegli, co było przyczyną jego choroby i śmierci. Naukowcy mówią, że plastik zakorkował układ pokarmowy zwierzęcia, zatrzymując proce trawienny. Zyfia przez długi czas umierała w strasznych męczarniach.
      To smutne przypomnienie tego, co robimy środowisku naturalnemu, szczególnie oceanom, mówi profesor Terje Lislevand, który dodaje, że nie ma wątpliwości, iż zwierzę musiało bardzo cierpieć.
      Szkielet zyfii będzie jednym z eksponatów Muzeum.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Uniwersytetu w Glasgow odkryli, że odpady z tworzyw sztucznych znajdują się nawet w 80% gniazd pewnych ptaków morskich. Po raz pierwszy zidentyfikowano również źródło plastiku; przynajmniej dla części badanych gatunków.
      Analizy przeprowadzone w 2018 r. na niezamieszkałej wyspie u zachodnich wybrzeży Szkocji pokazały, że spośród 1597 zbadanych gniazd odpady tworzyw sztucznych znajdowały się aż w 625. W przypadku kormoranów czubatych (Phalacrocorax aristotelis) odsetek gniazd z plastikiem sięgał 80%. W przypadku gatunków, które co roku budują nowe gniazda - mew - czasem "tylko" 1/3 gniazd zawierała plastik.
      Duże różnice międzygatunkowe w zakresie proporcji gniazd z odpadami tworzyw sztucznych wynikają zapewne po części z różnych zachowań związanych z ich budową. Kormorany czubate korzystają z tych samych gniazd rok po roku, a więc ilość plastiku rośnie w nich z czasem.
      Co istotne, stwierdzono, że plastik w gniazdach to głównie odpady poużytkowe, wyrzucane w obszarach zabudowanych. Kończą one w gniazdach nie dlatego, że ptaki morskie aktywnie je zbierają i przenoszą do gniazda, ale dlatego, że podlegają biernemu transportowaniu przez prądy morskie - podkreśla dr Ruedi Nager.
      Danni Thompson, która współpracowała z dr. Nagerem, przyglądała się bliżej mewom srebrzystym (Larus argentatus), najliczniejszemu gatunkowi na Lady Isle.
      Ponieważ mewy srebrzyste często żerują na wysypiskach, chcieliśmy sprawdzić, czy połykają przy tym plastik i przynoszą go do gniazd - opowiada Thompson.
      Bazując na zdjęciach gniazd i tworzyw znalezionych w zwróconych resztkach pokarmu w miejscu gniazdowania, naukowcy mogli porównać rodzaj i kolor plastiku pochodzącego z regurgitacji i wbudowanego w konstrukcję. Gdyby źródłem materiału w gnieździe były kawałki pochodzące z żerowania w obszarach zamieszkanych, można by się spodziewać sporych podobieństw między kawałkami ze zwróconej treści i gniazda.
      Okazało się jednak, że rodzaj plastiku z diety różnił się od znalezionego w gnieździe, co pokazało nam, że plastik z gniazd dostał się tu w inny sposób - opowiada dr Nager.
      Naukowcy sporządzili mapę wszystkich gniazd na wyspie i sprawdzili, czy gniazda z odpadami tworzyw sztucznych są równo rozmieszczone. Okazało się, że gniazda z północy Lady Isle, które znajdują się bliżej strefy pływów od strony stałego lądu, częściej zawierają plastik (o ile w południowej połowie wyspy plastik wchodził w skład 32,1% gniazd mew srebrzystych, o tyle na północy odsetek ten wynosił już 42,3%). To sugeruje, że plastik w gniazdach pochodzi z lądu i jest wymywany na brzeg. Jednym słowem, ptaki mogą go zbierać z bezpośredniego otoczenia gniazda.
      Jak podali autorzy raportu z Marine Pollution Bulletin, plastik wykryto w 80% gniazd kormoranów czubatych, 53% gniazd mew siodłatych (Larus marinus), 35% gniazd mew srebrzystych, a także 25% gniazd mew żółtonogich (Larus fuscus) i kormoranów zwyczajnych (Phalacrocorax carbo).
      Liczebność populacji ptaków morskich na świecie spada, dlatego tak ważne jest, by zrozumieć wszystkie działające na nie presje. Ptaki te stykają się z zanieczyszczeniem plastikiem, bo zjadają tworzywa sztuczne, zaplątują się w odpady (np. sieci czy torby) i wreszcie wbudowują tworzywa w swoje gniazda. Ostatnie z opisanych zjawisk może wpływać na jakość i właściwości gniazd, negatywnie oddziałując na jaja i pisklęta. Możliwe także, że dorosłe ptaki i pisklęta zaplątują się w resztki tworzyw i giną.
      Wykorzystanie dokumentacji fotograficznej do monitorowania ilości/akumulacji plastiku, a także do identyfikacji jego pochodzenia pozwoli, wg biologów, lepiej zaplanować działania ochronne, np. wybrać plaże, które należałoby posprzątać w pierwszej kolejności.
       

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Kilkanaście wieków po upadku Imperium Romanum Rzymianie wciąż potrafią nas zaskoczyć. W jednym najbardziej znanych rzymskich stanowisk archeologicznych odkryto, że Rzymianie... zajmowali się też recyklingiem. Sortowali odpady i je ponownie wykorzystywali.
      Profesor Allison Emmerson, która jest częścią dużego amerykańskiego zespołu pracującego w Pompejach mówi, że wzdłuż północnych murów miasta znajdowały się wielkie hałdy odpadów. Niektóre z nich były wysokie na kilkanaście metrów i były złożone m.in. z resztek ceramiki i zaprawy murarskiej.
      Dotychczas sądzono, że to pozostałości po trzęsieniu ziemi, które nawiedziło miasto na 17 lat przed erupcją Wezuwiusza. W połowie XX wieku większość takich hałd zlikwidowano, ale do dzisiaj odkrywane są nowe.
      Teraz naukowcy, którzy przeanalizowali te odpady stwierdzili, że były one ponownie wykorzystywane. Część z nich użyto do wyrównania terenu, podobnie jak i dzisiaj wykorzystujemy ten rodzaj odpadów. Część zaś została włączona w nowe budynki i stworzono z nich np. podłogi.
      Emmerson oraz jej koledzy Steven Ellis i Kevin Dicus z University of Cincinnati, badali, w jaki sposób były budowane Pompeje. Odkryliśmy, że część miasta zbudowano z odpadków. Hałdy na zewnątrz murów nie były stosami odpadów, których chciano się pozbyć. Były one tam składowane, sortowane i ponownie sprzedawane w mieście, mówi uczona. Naukowcy przeanalizowali grunt, by zbadać transport odpadków wewnątrz miasta. Gleba, którą badaliśmy, była zróżnicowana, w zależności od tego, gdzie oryginalnie znajdował się odpadek. Gdy został on wrzucony do latryny czy szamba, zostawił po sobie glebę bogatą w składniki organiczne. Gdy zaś był składowany na ulicy czy poza murami miejskimi, pozostawała po nim bardziej piaszczysta gleba. Dzięki tej różnicy mogliśmy stwierdzić, czy odpad powstał w miejscu, w którym go znaleźliśmy, czy też pochodził z innego miejsca, został poddany sortowaniu i ponownie użyty.
      W niektórych ścianach można znaleźć fragmenty naczyń czy kafelków, resztki zaprawy murarskiej i tynku. Niemal wszystkie takie ściany pokryto tynkiem, ukrywając ten bałagan, dodaje.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Świat ma coraz większy problem z plastikowymi odpadami. By mu zaradzić chemicy z Cornell University opracowali nowy polimer o właściwościach wymaganych w rybołówstwie, który ulega degradacji pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, dowiadujemy się z artykułu opublikowanego na łamach Journal of the American Chemical Society.
      Stworzyliśmy plastik o właściwościach mechanicznych wymaganych w komercyjnym rybołówstwie. Jeśli  wyposażenie to zostanie zgubione w wodzie, ulegnie degradacji w realistycznej skali czasowej. Taki materiał może zmniejszyć akumulowanie się plastiku w środowisku, mówi główny badacz, Bryce Lipinski, doktorant z laboratorium profesora Geoffa Coatesa. Uczony przypomina, że zgubione wyposażenie kutrów rybackich stanowi aż połowę plastikowych odpadów pływających w oceanach. Sieci i liny rybackie są wykonane z trzech głównych rodzajów polimerów: izotaktycznego polipropylenu, polietylenu o wysokiej gęstości oraz nylonu-6,6. Żaden z nich nie ulega łatwej degradacji.
      Profesor Coates od 15 lat pracuje na nowym rodzajem plastiku o nazwie izotaktyczny tlenek polipropylenu (iPPO). Podwaliny pod stworzenie tego materiału położono już w 1949 roku, jednak zanim nie zajął się nim Coates niewiele było wiadomo o jego wytrzymałości i właściwościach dotyczących fotodegradacji.
      Lipinski zauważył, że iPPO jest zwykle stabilny, jednak ulega degradacji pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. W laboratorium widać skutki tej degradacji, jednak są one niewidoczne gołym okiem. Tempo rozpadu tworzywa zależy od intensywności promieniowania. W warunkach laboratoryjnych łańcuch polimerowy uległ skróceniu o 25% po 30-dniowej ekspozycji na UV. Ostatecznym celem naukowców jest stworzenie plastiku, który będzie rozpadał się całkowicie i nie pozostawi w środowisku żadnych śladów. Lipinski mówi, że w literaturze fachowej można znaleźć informacje o biodegradacji krótkich łańcuchów iPPO. Uczony ma jednak zamiar udowodnić, że całkowitemu rozpadowi będą ulegały tak duże przedmioty jak sieci rybackie.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jedynie około 30% plastiku wykorzystywanego do produkcji plastikowych butelek jest poddawanych recyklingowi. Zwykle w efekcie otrzymujemy produkt o niskiej wytrzymałości. Teraz naukowcy poinformowali o stworzeniu enzymu, który zamienia 90% plastiku w materiał wyjściowy, dzięki czemu możliwe byłoby stworzenie produktu o takich samych właściwościach co wcześniej. Obecnie trwają prace nad skalowaniem technologii i otwarciem w przyszłym roku demonstracyjnego zakładu recyklingu.
      To olbrzymi krok naprzód, mówi John McGeehan, który na University of Portsmouth kieruje centrum opracowującym innowacyjne enzymy. McGeehan nie brał udziału w opracowaniu nowego wynalazku.
      Poli(tereftalan etylenu) – PET –  to jedno z najszerzej stosowanych tworzyw sztucznych. Każdego roku wytwarza się go około 70 milionów ton i powszechnie produkuje się z niego butelki. Butelki PET są poddawane recyklingowi w wielu miejscach, lecz w procesie tym występują liczne problemy. Zakłady recyklingu otrzymują bowiem olbrzymią liczbę PET-ów w różnych kolorach. Materiał jest poddawany działaniu wysokich temperatur i powstaje szara lub czarna masa, której firmy nie chcą używać do produkcji opakowań. Z takiego materiału najczęściej produkuje się włókna plastikowe o niskiej jakości, z których wytwarzane są np. wykładziny podłogowe. Po jakimś czasie trafiają one na wysypisko śmieci lub do spalarni. To nie jest recykling, mówi McGeehan.
      W 2012 roku na Uniwersytecie w Osace opisano enzym LLC, który jest w stanie przerywać wiązania pomiędzy tereftalanem a glikolem etylenowym. To zdecydowanie za mało, a ponadto enzym ten przestaje działać zaledwie po kilku dniach pracy w temperaturze 65 stopni Celsjusza, która jest potrzebna, by zmiękczyć materiał i umożliwić LLC dotarcie do jego wnętrza.
      Teraz Alain Marty, główny naukowiec z firmy Carbios oraz Isabelle Andre z Uniwersytetu w Tuluzie, która specjalizuje się w inżynierii enzymów, postanowili udoskonalić LLC. Zidentyfikowali miejsca, w których enzym przyłącza się do PET i stworzyli setki odmian LLC ze zmienionymi miejscami oraz z dodanymi elementami zwiększającymi stabilność enzymu w wysokich temperaturach. Następnie umieścili najlepsze ze swoich enzymów w bakteriach, namnożyli je i przeanalizowali pod kątem tych, które najbardziej efektywnie rozkładają PET.
      W końcu otrzymali zmutowany enzym, który jest 10 000 razy bardziej efektywny w rozkładaniu PET niż LLC i może bez przeszkód pracować w temperaturze 72 stopni Celsjusza.
      Podczas prób w małym reaktorze testowym okazało się, że zmodyfikowany LLC jest w stanie rozłożyć 90% z 200-gramowego ładunku PET w ciągu 10 godzin. Uzyskane w ten sposób składniki zostały wykorzystane do ponownej produkcji butelek PET i okazało się, że mają one takie same właściwości, jak oryginalne butelki, z których powstały.
      McGeehan zauważa, że jedną z największych zalet nowego enzymu jest fakt, że z materiału poddanego recyklingowi otrzymujemy materiał wyjściowy do produkcji PET o właściwościach takich, jak materiał pierwotny. Co więcej, otrzymujemy go nawet wówczas, gdy w poddawanym recyklingowi materiale znajdują się PET o różnych kolorach czy plastiki inne niż PET. Dzieje się tak dlatego, że zmodyfikowany LLC przerywa wyłącznie wiązania pomiędzy oboma składnikami PET, przywracając je do formy wyjściowej. Pomija przy tym wszystko inne, w tym barwniki czy inne tworzywa sztuczne.
      Firma Carbios już buduje zakład, który ma przetwarzać setki ton PET rocznie. Jeśli technologia będzie działała jak należy, a jej wykorzystanie będzie ekonomicznie uzasadnione, być może poradzimy sobie z recyklingiem jednego z najbardziej rozpowszechnionych tworzyw sztucznych.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...