Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Nanyang Technological University (NTU) της Σιγκαπούρης ανέπτυξαν μια μέθοδο ανακύκλωσης μεικτής πλαστικής συσκευασίας χωρίς τη χρήση χημικών διαλυτών, ένα μακροχρόνιο εμπόδιο για την αποτελεσματική επεξεργασία πολυστρωματικών υλικών συσκευασίας. Η εργασία, που πραγματοποιήθηκε από ομάδα της Σχολής Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών του NTU και του Nanyang Environment and Water Research Institute (NEWRI), δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Industrial & Engineering Chemistry Research. Η τεχνική, που ονομάζεται depolymerization-induced polymer separation (DIPS), διασπά επιλεκτικά ένα πλαστικό συστατικό σε μια μεικτή πλαστική δομή, αφήνοντας τα υπόλοιπα ανέπαφα, επιτρέποντας τον καθαρό διαχωρισμό και την ανάκτηση υλικού.
ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ
Το Πρόβλημα με τη Μεικτή Πλαστική Συσκευασία
Η πολυστρωματική πλαστική συσκευασία σχεδιάζεται με στόχο την απόδοση. Ο συνδυασμός διαφορετικών πολυμερών, καθένα από τα οποία προσφέρει συγκεκριμένες ιδιότητες όπως φράγμα οξυγόνου, αντοχή στην υγρασία, μηχανική αντοχή ή θερμοσυγκολλησιμότητα, είναι αυτό που καθιστά την εύκαμπτη συσκευασία τροφίμων ικανή να παρατείνει τη διάρκεια ζωής και να αντέχει στη διανομή. Όμως οι ίδιες ιδιότητες που καθιστούν αυτές τις δομές αποτελεσματικές, τις καθιστούν τεχνικά δύσκολες στην ανακύκλωση. Τα συμβατικά συστήματα μηχανικής ανακύκλωσης λειτουργούν καλύτερα όταν επεξεργάζονται ένα ομοιογενές μείγμα πολυμερών. Όταν συνδυάζονται πολλαπλά μη συμβατά μεταξύ τους πολυμερή, το ανακυκλωμένο υλικό συνήθως υποβαθμίζεται, έχει χαμηλή αξία και περιορισμένη εφαρμογή, γι’ αυτό και η συντριπτική πλειονότητα των πολυστρωματικών εύκαμπτων συσκευασιών καταλήγει σήμερα σε χώρους υγειονομικής ταφής ή αποτέφρωσης αντί να επιστρέφει στην αλυσίδα εφοδιασμού.
Η κλίμακα του προβλήματος είναι σημαντική. Ο ΟΟΣΑ εκτιμά ότι η παγκόσμια παραγωγή πλαστικού θα μπορούσε να φτάσει τα 736 εκατομμύρια τόνους ετησίως έως το 2040, αυξάνοντας την πίεση σε συστήματα που ήδη δυσκολεύονται με απλούστερα απόβλητα ενός υλικού. Η πολυστρωματική συσκευασία αντιπροσωπεύει ένα από τα πιο δύσκολα τμήματα αυτής της πρόκλησης.
Πώς Λειτουργεί η DIPS
Η μέθοδος DIPS βασίζεται σε μια τεχνική που ονομάζεται αντιδραστική εξώθηση (reactive extrusion), μια βιομηχανική διαδικασία κατά την οποία ο τυπικός εξοπλισμός εξώθησης, που χρησιμοποιείται συνήθως για την τήξη και τη διαμόρφωση πλαστικών στην παραγωγή, επαναχρησιμοποιείται για να προκαλέσει ταυτόχρονα μια χημική αντίδραση.
Στη διαδικασία που ακολούθησε η ομάδα του NTU, οι μικτές πλαστικές συσκευασίες που περιέχουν τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο (PET) και πολυπροπυλένιο (PP) τροφοδοτούνται στον εξωθητήρα μαζί με γλυκερόλη, ένα χαμηλού κόστους και ευρέως διαθέσιμο αντιδραστήριο. Η γλυκερόλη αντιδρά επιλεκτικά με το συστατικό PET, διασπώντας το μέσω μιας αντίδρασης γλυκόλυσης σε μικρότερες ολιγομερείς μονάδες. Το κλάσμα PP, το οποίο δεν αντιδρά με τη γλυκερόλη υπό τις ίδιες συνθήκες, παραμένει δομικά άθικτο καθ’ όλη τη διάρκεια της διαδικασίας και μπορεί να ανακτηθεί ως υλικό υψηλής ποιότητας.
Η επιλεκτικότητα της αντίδρασης είναι κεντρικής σημασίας για την αξία της μεθόδου. Αντί να επηρεάζει και τα δύο πολυμερή ταυτόχρονα, όπως τείνουν να κάνουν οι συμβατικές προσεγγίσεις χημικής ανακύκλωσης, η DIPS εκμεταλλεύεται τη διαφορετική χημική δραστικότητα του PET και του PP για να επιτύχει διαχωρισμό χωρίς να χρειάζεται να διαχωρίσει φυσικά τα υλικά εκ των προτέρων. Ολόκληρη η διαδικασία πραγματοποιείται σε ατμοσφαιρική πίεση και χωρίς διαλύτες, γεγονός που εξαλείφει τις ανησυχίες για την ασφάλεια, το περιβάλλον και το κόστος που σχετίζονται με άλλες μεθόδους χημικής ανακύκλωσης.
Σε εργαστηριακές δοκιμές, το ανακτημένο υλικό PP παρουσίασε ιδιότητες συμβατές με ανακυκλωμένο πολυμερές υψηλής ποιότητας. Αυτό είναι ένα σημαντικό αποτέλεσμα, δεδομένου ότι η ποιότητα του ανακυκλωμένου υλικού είναι καθοριστικός παράγοντας για το εάν το ανακτημένο υλικό μπορεί να επανεισέλθει στην αλυσίδα εφοδιασμού.
Σημασία για τον Κλάδο της Συσκευασίας
Οι πρακτικές επιπτώσεις της μεθόδου DIPS, εάν επικυρωθεί σε κλίμακα, είναι σημαντικές για πολλά τμήματα του κλάδου της συσκευασίας. Οι παραγωγοί εύκαμπτης συσκευασίας τροφίμων και οι ιδιοκτήτες επωνυμιών που εργάζονται με δομές πολυστρωματικού υλικού PET/PP δεν είχαν μέχρι πρότεινος καμία βιώσιμη οδό ανακύκλωσης για αυτά τα υλικά.
Ο ΟΟΣΑ έχει εκτιμήσει ότι η αποτελεσματική ανακύκλωση μεικτών πλαστικών αποβλήτων θα μπορούσε να αποδεσμέυσει περισσότερα από 250 δισεκατομμύρια δολάρια σε ετήσια οικονομική αξία παγκοσμίως. Το κενό μεταξύ αυτής της δυναμικής και της τρέχουσας υποδομής ανακύκλωσης είναι το σημείο όπου τεχνολογίες όπως το DIPS επιχειρούν να λειτουργήσουν.
Στάδιο Ανάπτυξης και Επόμενα Βήματα
Η έρευνα βρίσκεται επί του παρόντος σε εργαστηριακή κλίμακα. Η ομάδα του NTU έχει επισημάνει ότι η επόμενη φάση περιλαμβάνει συνεργασία με εταίρους του κλάδου για την επικύρωση της διαδικασίας DIPS υπό συνθήκες μεγαλύτερης κλίμακας, ενώ οι ερευνητές έχουν δηλώσει ότι είναι ανοιχτοί σε ενδιαφέρον από πιθανούς βιομηχανικούς συνεργάτες. Το άλμα από την εργαστηριακή απόδειξη μιας ιδέας στη βιομηχανική εφαρμογή είναι σημαντικό. Περιλαμβάνει όχι μόνο την τεχνική κλιμάκωση αλλά και την μοντελοποίηση του κόστους των αντιδραστηρίων, των ρυθμών απόδοσης και παραγωγής, της κατανάλωσης ενέργειας και της ποιότητας του ανακυκλωμένου υλικού σε όγκο που έχει νόημα για τα εμπορικά συστήματα συλλογής.
Το κατά πόσον η επιλεκτικότητα της αντίδρασης της γλυκερόλης με το PET διατηρείται σε υψηλότερους ρυθμούς παραγωγής θα είναι βασικό ερώτημα για τη φάση επικύρωσης.
Συμπέρασμα
Η μέθοδος DIPS αποτελεί ένα τεχνικά ενδιαφέρον βήμα προς την αντιμετώπιση ενός από τα πιο επίμονα κενά στην υποδομή ανακύκλωσης πλαστικών. Η προσέγγιση της αντιδραστικής εξώθησης χωρίς διαλύτες αποφεύγει τα βασικά μειονεκτήματα των υφιστάμενων μεθόδων χημικής ανακύκλωσης και η ποιότητα του ανακτημένου PP στις αρχικές δοκιμές είναι ενθαρρυντική. Ωστόσο, η πορεία από το εργαστηριακό αποτέλεσμα στη βιομηχανική πραγματικότητα παραμένει κρίσιμη. Τα επόμενα βήματα της ερευνητικής ομάδας θα καθορίσουν αν η DIPS μπορεί να εξελιχθεί από μια πολλά υποσχόμενη ιδέα σε μια βιώσιμη συμβολή στο πρόβλημα της ανακύκλωσης πολυστρωματικών συσκευασιών.
