Wysypiska odpadów z tworzyw sztucznych, mówi prof. Erwin Reisner, mogą stać się polami naftowymi przyszłości.
„W rzeczywistości plastik jest inną formą paliwa kopalnego” – mówi prof. Reisner, profesor energii i zrównoważonego rozwoju na Uniwersytecie w Cambridge. „Jest bogaty w energię i skład chemiczny, który chcemy odblokować”.
Ale wiązania chemiczne, z których składają się tworzywa sztuczne, są trwałe , a z siedmiu miliardów ton, jakie kiedykolwiek powstały, mniej niż 10% zostało poddanych recyklingowi.
Dilyana Mihaylova, kierownik programu ds. tworzyw sztucznych w Fundacji Ellen MacArthur, mówi: „Nasza gospodarka polegająca na wydobyciu i wytwarzaniu odpadów [oznacza] utratę cennych materiałów wartych miliardy dolarów”.
Na całym świecie co roku produkuje się ponad 400 milionów ton plastiku – mniej więcej tyle samo, ile waży cała ludzkość . Obecnie około 85% trafia na wysypiska śmieci lub jest tracone w środowisku, w którym pozostanie przez setki, a może tysiące lat .
Teraz trwa wyścig, aby znaleźć najlepszy sposób na zerwanie tych wiązań chemicznych i odzyskanie cennych zasobów Ziemi zamkniętych w plastiku.
Recykling mechaniczny, w którym odpady z tworzyw sztucznych są myte, rozdrabniane, topione i ponownie przetwarzane, z czasem degraduje tworzywa sztuczne i może skutkować produktami o niespójnej jakości.
Przemysł tworzyw sztucznych jest zainteresowany recyklingiem chemicznym , w ramach którego stosuje się dodatki do zmiany struktury chemicznej odpadów z tworzyw sztucznych, przekształcając je z powrotem w substancje, które można wykorzystać jako surowce, na przykład do produkcji paliw, takich jak benzyna i olej napędowy.
Takie podejście jest jednak obecnie kosztowne i nieefektywne i spotkało się z krytyką grup środowiskowych .
„Tak więc”, mówi pani Mihaylova, „tak jak nie możemy poddać recyklingowi wyjścia z kryzysu związanego z zanieczyszczeniem tworzywami sztucznymi, nie możemy też polegać na procesach przekształcania tworzyw sztucznych w paliwo w celu rozwiązania problemu”.
Czy nowy system zasilany energią słoneczną może wskazać drogę naprzód?
Profesor Reisner i jego zespół opracowali proces , który może przekształcić nie jeden, ale dwa strumienie odpadów – plastik i CO2 – w dwa produkty chemiczne jednocześnie – wszystkie zasilane światłem słonecznym.
Technologia przekształca CO2 i tworzywa sztuczne w gaz syntezowy – kluczowy składnik zrównoważonych paliw, takich jak wodór. Produkuje również kwas glikolowy, który jest szeroko stosowany w przemyśle kosmetycznym.
System działa poprzez zintegrowanie katalizatorów, związków chemicznych przyspieszających reakcję chemiczną, w absorberze światła.
“Nasz proces działa w temperaturze pokojowej i ciśnieniu pokojowym” – mówi.
„Reakcje przebiegają automatycznie, gdy wystawiasz go na działanie promieni słonecznych. Nie potrzebujesz niczego więcej”.
I zapewnia prof. Reisner, że proces ten nie generuje szkodliwych odpadów.
„Chemia jest czysta” – mówi.
Inne technologie zasilane energią słoneczną są obiecujące w walce z zanieczyszczeniem tworzywami sztucznymi i konwersją CO2 , ale po raz pierwszy zostały one połączone w jednym procesie.
„Łączenie tych dwóch elementów oznacza, że wnosimy wartość dodaną do procesu” — mówi prof. Reisner. „Mamy teraz cztery strumienie wartości – ograniczanie odpadów z tworzyw sztucznych, ograniczanie emisji CO2 i produkcję dwóch cennych chemikaliów. Mamy nadzieję, że zbliży nas to do komercjalizacji”.
Ponadto prof. Reiner twierdzi, że jego system radzi sobie z odpadami z tworzyw sztucznych, które w przeciwnym razie nie mogłyby zostać poddane recyklingowi.
„Zwykle plastik zanieczyszczony odpadami spożywczymi trafia do spalarni, ale ten plastik jest dla nas naprawdę dobry. Tak naprawdę jedzenie jest dobrym substratem – dzięki temu nasz proces działa lepiej”.
Naukowcy z całego świata szukają sposobów na przekształcenie niechcianego plastiku w coś użytecznego.
Po rozbiciu elementy z tworzyw sztucznych można ponownie przekształcić w niezliczone nowe produkty, w tym detergenty, smary, farby i rozpuszczalniki oraz związki biodegradowalne do zastosowań biomedycznych.
Natura znalazła sposoby rozkładania polimerów – substancji składających się z bardzo dużych cząsteczek – a plastik jest polimerem syntetycznym.
“Istnieją już bakterie, które mają enzymy zaprojektowane do rozkładania [polimerów]” – mówi dr Victoria Bemmer, starszy pracownik naukowy na Uniwersytecie w Portsmouth.
„Możemy modyfikować te enzymy, bardzo nieznacznie zmieniając ich strukturę – aby przyspieszyć ich działanie, uczynić je bardziej jędrnymi lub stabilnymi”.
Korzystając z uczenia maszynowego, dr Bemmer i jej zespół opracowali warianty enzymów przystosowane do dekonstrukcji wszystkich odmian politereftalanu etylenu (PET), rodzaju poliestru.
Enzymy rozkładają plastik w sposób podobny do recyklingu chemicznego, mówi dr Bemmer, ale ponieważ są one podobne do enzymów występujących w przyrodzie, proces ten można przeprowadzić w znacznie bardziej „łagodnych warunkach”.
Tam, gdzie recykling chemiczny wykorzystuje chemikalia, zespół Uniwersytetu Portsmouth może wykorzystywać wodę. A najwyższa temperatura, jakiej potrzebują, to 70°C, co oznacza, że zużycie energii może być utrzymywane na niskim poziomie w porównaniu z innymi procesami.
Dr Bemmer i jej zespół dalej rozwijają swoje enzymy i mają nadzieję, że ich praca pomoże im stworzyć zrównoważoną gospodarkę o obiegu zamkniętym również dla odzieży wykonanej z tworzyw sztucznych.
Poliester wykonany z PET jest najczęściej używanym włóknem odzieżowym na świecie.
Jednak recykling tkanin syntetycznych przy użyciu enzymów nie jest łatwy. Dodatek barwników i innych zabiegów chemicznych utrudnia ich degradację w naturalnym procesie.
„Poliester to absolutny ból”, mówi dr Bemmer. „Poza tym bardzo rzadko jest to czysty poliester. Można też znaleźć włókna mieszane”.
Zespół ma nadzieję, że ich enzymy zredukują PET w odpadowych tekstyliach do zupy prostych bloków budulcowych , gotowych do ponownego przetworzenia na nowe poliestry.
“Jesteśmy na bardzo wczesnym etapie” – mówi dr Bemmer. „Nie wiemy jeszcze, czy barwniki i dodatki do tych tkanin będą hamować działanie enzymów na łańcuch poliestru. Miejmy nadzieję, że nie będą miały wpływu i będziemy mogli po prostu kontynuować, ale jeśli tak, możemy rozwijać naszą enzymy dalej”.
Światowa produkcja tworzyw sztucznych stale rośnie i oczekuje się, że do 2060 r. potroi się . Dla wielu recykling pozostaje głównym celem rozwiązania tego problemu, ale niektórzy twierdzą, że to nigdy nie wystarczy .
Po powrocie do Cambridge zespół prof. Reisnera stawia “małe kroki w kierunku” komercjalizacji. Planują rozwijać system w ciągu najbliższych pięciu lat, aby wytwarzać bardziej złożone produkty i mają nadzieję, że pewnego dnia technika ta będzie mogła zostać wykorzystana do opracowania całkowicie zasilanego energią słoneczną zakładu recyklingu.
Każdego roku produkuje się już około 600 milionów ton gazu syntezowego , mówi prof. Reisner, ale w dużej mierze pochodzi on z paliw kopalnych.
„Jeśli możemy wytwarzać gaz syntezowy, możemy uzyskać dostęp do prawie całego przemysłu petrochemicznego i uczynić go zrównoważonym”.