29.01.2021 - American Chemical Society (ACS)

Forscher haben einen Weg gefunden, um Plastik aus Flaschen in Kraftstoffe und chemische Grundstoffe umzuwandeln

Kunststoff ist im Leben der Menschen allgegenwärtig. Doch wenn kunststoffhaltige Gegenstände ihre Aufgabe erfüllt haben, wird nur ein kleiner Teil in neue Produkte recycelt, die im Vergleich zum ursprünglichen Material oft von geringerer Qualität sind. Und die Umwandlung dieses Abfalls in hochwertige Chemikalien erfordert erhebliche Energie. Jetzt haben Forscher, die in der ACS JACS Au berichten, einen Ruthenium-Kohlenstoff-Katalysator und milde, energiesparende Reaktionsbedingungen kombiniert, um Kunststoffe, die in Flaschen und anderen Verpackungen verwendet werden, in Kraftstoffe und chemische Ausgangsstoffe umzuwandeln.

Die weltweite Produktion von robustem Einweg-Kunststoff für Spielzeug, sterile medizinische Verpackungen sowie Lebensmittel- und Getränkebehälter nimmt zu. Polyolefin-Polymere, wie Polyethylen und Polypropylen, sind die am häufigsten verwendeten Kunststoffe in diesen Produkten, da die Molekularstruktur der Polymere - lange, gerade Ketten aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen - die Materialien sehr haltbar macht. Es ist jedoch schwierig, die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen in Polyolefinen abzubauen, so dass energieintensive Verfahren mit hohen Temperaturen von 800 bis 1400 F oder starke Chemikalien erforderlich sind, um sie abzubauen und zu recyceln. Frühere Studien haben gezeigt, dass Edelmetalle wie Zirkonium, Platin und Ruthenium den Prozess der Aufspaltung kurzer, einfacher Kohlenwasserstoffketten und komplizierter, pflanzlicher Ligninmoleküle bei moderaten Reaktionstemperaturen katalysieren können und dabei weniger Energie benötigen als andere Verfahren. Yuriy Román-Leshkov und Kollegen wollten daher herausfinden, ob metallbasierte Katalysatoren eine ähnliche Wirkung auf feste Polyolefine mit langen Kohlenwasserstoffketten haben und diese in verwertbare Chemikalien und Erdgas aufspalten können.

Die Forscher entwickelten eine Methode, um einfache Kohlenwasserstoffketten in Gegenwart von Edel- oder Übergangsmetall-Nanopartikeln unter milden Bedingungen mit Wasserstoff umzusetzen. In ihren Experimenten wandelten Ruthenium-Kohlenstoff-Nanopartikel über 90 % der Kohlenwasserstoffe bei 392 F in kürzere Verbindungen um. Anschließend testete das Team die neue Methode an komplexeren Polyolefinen, darunter eine handelsübliche Plastikflasche. Obwohl die Proben nicht vorbehandelt wurden, wie es bei den derzeitigen energieintensiven Methoden notwendig ist, wurden sie mit dieser neuen Methode vollständig in gasförmige und flüssige Produkte zerlegt. Im Gegensatz zu bisherigen Abbauprozessen konnte die Reaktion so eingestellt werden, dass entweder Erdgas oder eine Kombination aus Erdgas und flüssigen Alkanen entstand. Die Forscher sagen, dass die Umsetzung ihrer Methode dazu beitragen könnte, die Menge an Post-Consumer-Abfall in Deponien zu reduzieren, indem Kunststoffe zu begehrten, sehr wertvollen Alkanen recycelt werden, obwohl eine Technologie zur Reinigung der Produkte erforderlich ist, um den Prozess wirtschaftlich durchführbar zu machen.

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