Tudomány
Műanyagból benzint és dízelt állítottak elő egy új eljárással
Az amerikai Energiaügyi Minisztérium Oak Ridge National Laboratory (ORNL) kutatói olyan új eljárást fejlesztettek ki, amellyel a világ egyik leggyakrabban használt műanyagából, a polietilénből benzin- és dízelszerű üzemanyagokat lehet előállítani. A kutatás eredményeit az Journal of the American Chemical Society című tudományos folyóiratban publikálták, a technológiára pedig szabadalmi kérelmet nyújtottak be.
A polietilén rengeteg mindennapi termékben megtalálható, többek között bevásárlószatyrokban és különböző műanyag eszközökben. A kutatók célja az volt, hogy a hulladékká váló anyagot ne egyszerűen újrahasznosítsák, hanem kémiai úton olyan értékes szénhidrogénekké alakítsák, amelyek üzemanyagként is felhasználhatók.
Olvadó sókkal bontják le a műanyagot
Az ORNL módszerének egyik különlegessége, hogy olvadt sókat és alumínium-kloridot használnak. A só egyszerre szolgál reakcióközegként és katalizátorként, vagyis elősegíti, hogy a hosszú polietilén-molekulaláncok kisebb szénhidrogén-molekulákra essenek szét.
A kutatók különböző spektroszkópiai és mágneses rezonanciás módszerekkel vizsgálták, mi történik a reakció során. Megállapították, hogy az alumíniumhoz kapcsolódó, erősen savas katalitikus helyek megtámadják a műanyag hosszú molekulaláncait.
A kísérletek során a kiinduló polimer szerkezete is meghatározónak bizonyult: az egyszerűbb láncok inkább benzinhez hasonló vegyületeket, míg az összetettebbek dízelszerű szénhidrogéneket eredményeztek.
A módszerrel a kísérletekben mintegy 60 százalékos benzinhozamot értek el.
„Hatékony és szelektív polietilénből benzin előállítására alkalmas eljárást fejlesztettünk ki” – mondta Liqi Qiu, a Tennessee Egyetem kutatója, aki a kísérletek jelentős részét az ORNL laboratóriumában végezte.
Kétszáz fok alatt is működik
Az új technológia egyik legígéretesebb tulajdonsága az alacsony működési hőmérséklet. A reakció 200 Celsius-fok alatti hőmérsékleten is végrehajtható, ami lényegesen kevesebb a korábbi, úgynevezett pirolízises eljárásokhoz szükséges 450–500 Celsius-foknál.
A pirolízis során nagy hő segítségével bontják kisebb molekulákra a műanyagot. Az ORNL kutatói szerint az új módszer emellett nem igényel nemesfémből készült katalizátort, szerves oldószert, külső hidrogént vagy külön kémiai indítót.
„A hagyományos műanyag–üzemanyag átalakításokkal ellentétben az új eljárás nem igényel nemesfém-katalizátorokat, szerves oldószereket vagy külső hidrogént”
– mondta Zhenzhen Yang, az ORNL kutatója.
A fejlesztők szerint az alacsonyabb hőmérséklet és az olcsó, könnyen hozzáférhető sók használata egyszerűbbé teheti a technológia ipari méretű alkalmazását is. Ugyanakkor egyelőre laboratóriumi eredményekről van szó, így további kutatásokra van szükség annak megállapításához, hogy a módszer gazdaságosan és nagy mennyiségben is működtethető-e.
Atomról atomra követték a reakciót
A kutatásban több tudományterület szakemberei működtek együtt. Neutronszórással, röntgenspektroszkópiával, mágneses magrezonanciával, tömegspektrometriával és számítógépes szimulációkkal próbálták feltárni, pontosan hogyan zajlik a műanyag lebontása.
A kutatók izotópok segítségével még a reakció közben keletkező részecskék útját is követni tudták. Az Oak Ridge-i Spallation Neutron Source berendezésén végzett vizsgálatok során például a hidrogén és annak izotópjai viselkedését tanulmányozták.
Az eljárásnak ugyanakkor van még egy fontos problémája. Az alumíniumalapú olvadt sók higroszkóposak, vagyis könnyen megkötik a nedvességet, ami ronthatja a stabilitásukat. A kutatók ezért olyan megoldásokat keresnek, amelyekkel a sókat stabilabban lehetne elkülöníteni és kezelni.
Ha ezt a problémát sikerül megoldani, az eljárás új lehetőséget teremthet a hatalmas mennyiségben keletkező műanyaghulladék hasznosítására. A kutatók szerint a polietilén bőségesen rendelkezésre áll a fogyasztói hulladékban, miközben az általuk használt alumíniumos sórendszer olcsó alapanyagokra épül.
„A polimer-alapanyag bőségesen rendelkezésre áll a fogyasztói hulladékban, a katalizátorrendszerünk pedig nagyon olcsó. Ez a fejlesztés ígéretes lehet az ipar számára”
– mondta Qiu.