07.01.2021 - Osaka City University

Katalysator verwandelt Kunststoffabfälle bei niedriger Temperatur in wertvolle Inhaltsstoffe

Zum ersten Mal haben Forscher einen neuartigen Katalysatorprozess verwendet, um eine Art von Plastik, das in allem vorkommt, von Lebensmitteltüten und Lebensmittelverpackungen bis hin zu Spielzeug und Elektronik, in flüssige Brennstoffe und Wachs zu recyceln.

"Kunststoffe sind essentielle Materialien für unser Leben, weil sie unserer Gesellschaft Sicherheit und Hygiene bringen", so die Co-Autoren Masazumi Tamura, außerordentlicher Professor im Forschungszentrum für künstliche Photosynthese im Advanced Research Institute for Natural Science and Technology der Osaka City University, und Keiichi Tomishige, Professor an der Graduate School of Engineering der Tohoku University. "Das Wachstum der weltweiten Kunststoffproduktion und das schnelle Vordringen von Kunststoffen in unsere Gesellschaft haben jedoch zu einem falschen Umgang mit Kunststoffabfällen geführt, was ernste ökologische und biologische Probleme wie die Verschmutzung der Ozeane verursacht."

Polyolefinische Kunststoffe - der am häufigsten vorkommende Kunststoff - haben physikalische Eigenschaften, die es für einen Katalysator, der für die Einleitung einer chemischen Umwandlung verantwortlich ist, schwierig machen, direkt mit den molekularen Elementen zu interagieren, um eine Veränderung zu bewirken. Derzeitige Recyclingverfahren erfordern Temperaturen von mindestens 573 Grad Kelvin und bis zu 1.173 Grad Kelvin. Zum Vergleich: Wasser kocht bei 373,15 Grad Kelvin, und die Oberfläche der Sonne hat 5.778 Grad Kelvin.

Die Forscher suchten nach heterogenen Katalysatoren, um eine Reaktion zu finden, die eine niedrigere Temperatur zur Aktivierung benötigt. Indem sie einen Katalysator in einem anderen Aggregatzustand als die Kunststoffe verwendeten, stellten sie die Hypothese auf, dass die Reaktion bei einer niedrigeren Temperatur stärker sein würde.

Sie kombinierten Ruthenium, ein Metall aus der Platinfamilie, mit Cerdioxid, das unter anderem zum Polieren von Glas verwendet wird, um einen Katalysator herzustellen, der die Kunststoffe bei 473 Grad Kelvin reagieren ließ. Das ist zwar immer noch hoch für das menschliche Empfinden, erfordert aber im Vergleich zu anderen Katalysatorsystemen einen deutlich geringeren Energieeinsatz.

Laut Tamura und Tomishige wurde in der wissenschaftlichen Literatur noch nie über Ruthenium-basierte Katalysatoren als Möglichkeit berichtet, polyolefinische Kunststoffe direkt zu recyceln.

"Unser Ansatz fungierte als effektiver und wiederverwendbarer heterogener Katalysator, der eine viel höhere Aktivität als andere Katalysatoren mit Metallträgern zeigte und sogar unter milden Reaktionsbedingungen funktionierte", so Tamura und Tomishige. "Außerdem konnten eine Plastiktüte und Kunststoffabfälle in hoher Ausbeute in wertvolle Chemikalien umgewandelt werden."

Die Forscher verarbeiteten eine Plastiktüte und Abfallkunststoffe mit dem Katalysator und erzielten eine 92%ige Ausbeute an nützlichen Materialien, darunter eine 77%ige Ausbeute an flüssigem Kraftstoff und eine 15%ige Ausbeute an Wachs.

"Es wird erwartet, dass dieses Katalysatorsystem nicht nur zur Vermeidung von Kunststoffabfällen beiträgt, sondern auch zur Nutzung von Kunststoffabfällen als Rohstoffe für die Herstellung von Chemikalien", so Tamura und Tomishige.

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