tudósok napfény segítségével alakítják át a műanyaghulladékot tiszta energiaforrássá
Írta/by: Rhodilee Jean A Dolor
A környezetet szennyező műanyaghulladék egyre növekvő mennyisége mára sürgető globális problémává vált. Évente 19 és 23 millió tonna közötti mennyiségű műanyag szennyezi a vízi ökoszisztémákat, ami aggodalomra ad okot a környezet és az ember egészségére gyakorolt hatása miatt.
A műanyaghulladék-válság
Egy 2021 – es tanulmány szerint több mint 1 500 faj él tengeren és szárazföldön, akik műanyagot fogyasztanak, ami fulladást és halált okoz. A bálnák, delfinek, oroszlánfókák és tengeri teknősök különösen hajlamosak a műanyaggal való összegabalyodásra, ami növeli ezeknek az állatoknak a halálozási kockázatát.
A műanyagszennyezés az emberi egészséget is veszélyezteti. Mikroműanyagokat már találták emberi szervekben és szövetekben, beleértve az agyat, a májat, a vesét és a méhlepényt. Egy 2024 – es tanulmány, amelyben olyan betegek vettek részt, akik műtéten estek át az artériáikból plakk eltávolítása érdekében, azt találta, hogy azoknál, akiknek plakkjában mikroműanyag volt, nagyobb volt a szívroham, a stroke és a halál kockázata.
A műanyag termékekben található rákkeltő vegyi anyagok, amelyek a csapvízbe szivárognak, fejlődési, reprodukciós, neurológiai és immunrendszeri rendellenességeket is okozhatnak.
Sajnos a műanyagszennyezés kezelésére irányuló jelenlegi erőfeszítések nem elegendőek. A műanyag iránti kereslet továbbra is fennáll, mivel az anyag olcsó és kényelmesen használható.
Az újrafelhasználásra és újrahasznosításra irányuló felhívások sem mutatnak jelentős hatást, mivel a műanyaghulladéknak csak körülbelül a 9 % – át hasznosítják újra. Nagyjából 70 % – a pedig a hulladéklerakókban vagy a természetben köt ki.
Maga Inger Andersen, az Egyesült Nemzetek Környezetvédelmi Programjának (UNEP) ügyvezető igazgatója is elismerte, hogy a műanyaghulladék problémájának kezelése jobb megoldásokat igényel.
„Nem fogjuk újrahasznosítással kijutni a műanyagszennyezési válságból: rendszerszintű átalakulásra van szükségünk ahhoz, hogy elérjük az átállást a körforgásos gazdaságra” – mondta Andersen.
Egy áttörést jelentő technológia, amely napfény segítségével tiszta energiává alakítja a műanyaghulladékot, reményt ad a műanyaghulladék – válság megoldásában. És segíthet a fenntarthatóbb energiaforrások iránti kereslet kielégítésében is.
Szemét átalakítása tiszta üzemanyaggá
A Chem Catalysis folyóiratban május 21 – én megjelent új tanulmányban a kutatók napfény segítségével alakították át a műanyaghulladékot tiszta üzemanyaggá egy napenergiával működő fotoreformálásnak nevezett módszerrel.
A folyamat fényérzékeny anyagokon, úgynevezett fotokatalizátorokon alapul, amelyek napfény segítségével bontják le a műanyagokat viszonylag alacsony hőmérsékleten.
A Xiao Lu, az Adelaide – i Egyetem Vegyészmérnöki Karának PhD jelöltje által vezetett kutatók megállapították, hogy a napenergiával működő rendszer képes a műanyaghulladékot hidrogénné és más hasznos ipari vegyi anyagokká alakítani.
„Ez egy izgalmas és gyorsan fejlődő terület” – mondta Lu – „A folyamatos innovációval úgy véljük, hogy a napenergiával működő műanyag – üzemanyag technológiák kulcsszerepet játszhatnak egy fenntartható, alacsony szén – dioxid kibocsátású jövő építésében.”
Tiszta és fenntartható energiaforrás
A kutatóknak sikerült hidrogént kinyerniük műanyagból. A hidrogén egy tiszta üzemanyag, amely számos alkalmazási lehetőséggel rendelkezik, például vállalkozások és otthonok áramtermelésére, valamint autók hajtására.
A hidrogén üzemanyag fenntartható forrásokból származik, mint például a földgáz, az atomenergia, a biomassza, a nap- és szélenergia. Felhasználáskor nem bocsát ki bolygómelegedést okozó üvegházhatású gázt, és melléktermékként csak vizet termel, így környezetbarátabb alternatívája a fosszilis tüzelőanyagoknak.
A hidrogén előállításának leggyakoribb folyamatai a földgáz reformálása és az elektrolízis. Az előbbi magas hőmérsékletű gőzt használ a hidrogén előállítására földgázból, és jelenleg az Egyesült Államokban termelt hidrogén mintegy 95 % – át teszi ki. Az utóbbi a víz oxigénre és hidrogénre való szétválasztását jelenti.
A kutatók szerint a megközelítésük energia hatékonyabb, mint a hidrogén előállításához használt hagyományos vízbontási eljárás. Azt mondták, hogy a hidrogénben és szénben gazdag műanyagok könnyebben oxidálódnak, így a reakció kevesebb energiát igényel. Ez a nagymértékű felhasználás lehetőségét is növeli.
„A műanyagok ígéretes alapanyagok a fotoreformáláshoz, mivel polimer szerkezetükben gazdag szén- és hidrogénelemek találhatók. A fotokatalitikus vízbontással ellentétben a napelemes műanyag – reformálás termodinamikailag jobban megvalósítható, és változatos útvonalakon haladhat végig, mivel a szerves oxidációs reakciók megkerülik a vízoxidációjával járó nagy energiagátat” – írták a kutatók tanulmányukban.
A tanulmány szerzője, Xiaoguang Duan, az Adelaide – i Egyetem Vegyészmérnöki Karának professzora elmondta, hogy a legújabb kísérletek stabil eredményeket hoztak. Az általuk alkalmazott eljárás magas hidrogénhozamot, valamint ecetsavat és dízelolaj – tartományú szénhidrogéneket eredményezett.
Akadályok
A kutatók szerint az elért haladás ellenére a technológia még mindig számos kihívással néz szembe, amelyeket meg kell oldani, mielőtt széles körben elterjedhetne.
Duan szerint az egyik fő akadály magának a műanyaghulladéknak a bonyolultsága.
„A különböző típusú műanyagok eltérően viselkednek az átalakítás során, és az olyan adalékanyagok, mint a színezékek és stabilizátorok, zavarhatják a folyamatot. A hatékony válogatás és előkezelés ezért elengedhetetlen a teljesítmény és a termékminőség maximalizálása érdekében” – mondta Duan.
A folyamatban használt fotokatalizátoroknak tartósaknak is kell lenniük. Ezeknek az anyagoknak képesnek kell lenniük arra, hogy „igényes” kémiai körülmények között is működjenek anélkül, hogy elveszítenék hatékonyságukat. Sajnos a jelenlegi verzió idővel lebomolhat, ami befolyásolja hosszú távú megbízhatóságukat.
„Még mindig szakadék tátong a laboratóriumi siker és a valós alkalmazások között” – mondta Duan. „Robusztusabb katalizátorokra és jobb rendszertervezésre van szükségünk annak biztosítására, hogy a technológia egyszerre legyen hatékony és gazdaságosan életképes nagy léptékben.”
A kutatók szerint a végtermékek szétválasztása szintén kihívást jelent, mivel a reakciók gázok és folyadékok keverékét eredményezik, amelyeket el kell választani. Ez energiaigényes folyamatokat igényel, amelyek csökkentik a rendszer előnyeit.
„Ezek az akadályok csökkentik az általános energia- és gazdasági előnyöket, rávilágítva a szelektívebb, integráltabb folyamatok szükségességére, amelyek egyszerűsítik a downstream tisztítást minimális energiabevitellel és rendszerbonyolultsággal” – írták a kutatók.
Két legyet ütni egy csapásra
A kihívások ellenére a kutatók már felvázolták a technológia felskálázásának lépéseit, azzal a céllal, hogy növeljék az energiahatékonyságot és lehetővé tegyék a folyamatos ipari működést az elkövetkező évtizedekben.
Azt mondták, hogy a fotoreformálási folyamat mind a műanyaghulladék problémáját, mind pedig egy másik tiszta energiaforrás iránti igényt kezelheti.
„A műanyagot gyakran tekintik komoly környezeti problémának, de egyben jelentős lehetőséget is jelent” – mondta Lu. „Ha hatékonyan tudjuk a napfény segítségével tiszta üzemanyaggá alakítani a műanyaghulladékot, akkor egyszerre kezelhetjük a szennyezés és az energia kihívásait.”
