Trasformare i rifiuti di plastica in carburante
Il lavoro apre la strada all'upcycling della plastica ad alta efficienza energetica, riducendo l'inquinamento da plastica e promuovendo la produzione di carburante sostenibile
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Le materie plastiche sono apprezzate per la loro durata, ma questa qualità le rende anche difficili da scomporre. Minuscoli pezzi di detriti, noti come microplastiche, persistono nel suolo, nell'acqua e nell'aria e minacciano gli ecosistemi e la salute umana. Il riciclaggio tradizionale ricicla la plastica per creare nuovi prodotti, ma ogni volta che viene fatto, il materiale diventa di qualità inferiore a causa della contaminazione e della degradazione dei polimeri della plastica. Inoltre, il riciclaggio da solo non è in grado di tenere il passo con il crescente volume di rifiuti plastici globali.
Ali Kamali, dottorando in ingegneria chimica e biomolecolare presso l'Università del Delaware, ispeziona un campione di carburante liquido creato dalla plastica. Fa parte di un gruppo di ricerca guidato dall'UD che ha sviluppato un nuovo tipo di catalizzatore che migliora la conversione dei rifiuti plastici in combustibili liquidi più rapidamente e con meno sottoprodotti indesiderati rispetto ai metodi attuali.
Kathy F. Atkinson/ University of Delaware
Ora, un gruppo di ricerca guidato dall'Università del Delaware ha sviluppato un nuovo tipo di catalizzatore che migliora la conversione dei rifiuti plastici in combustibili liquidi più rapidamente e con meno sottoprodotti indesiderati rispetto ai metodi attuali. Presentato sulla copertina del numero del 18 settembre di Chem Catalysis, il lavoro in fase pilota aiuta a spianare la strada verso metodi efficienti dal punto di vista energetico per l'upcycling della plastica, riducendo l'inquinamento da plastica e promuovendo la produzione di carburante sostenibile.
"Invece di lasciare che la plastica si accumuli come rifiuto, l'upcycling la tratta come un combustibile solido che può essere trasformato in utili combustibili liquidi e prodotti chimici, offrendo una soluzione più rapida, efficiente e rispettosa dell'ambiente", ha dichiarato l'autore senior Dongxia Liu, Robert K. Grasseli Professor of Chemical and Biomolecular Engineering presso il College of Engineering dell'UD.
Un approccio promettente all'upcycling è l'idrogenolisi, che utilizza l'idrogeno gassoso e un catalizzatore per convertire i polimeri della plastica in combustibili liquidi per il trasporto e l'uso industriale. Tuttavia, i catalizzatori convenzionali hanno un'efficienza limitata perché le molecole ingombranti dei polimeri hanno difficoltà a interagire con i siti attivi del catalizzatore dove avviene la reazione. Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno trasformato gli MXeni (pronuncia max-eens), un tipo di nanomateriale, in MXeni mesoporosi, una forma con pori più grandi e aperti che non era stata usata in precedenza per l'upcycling della plastica.
"Gli MXeni formano strati bidimensionali, come le pagine di un libro. Questi strati impilati nel libro chiuso rendono difficile il passaggio della plastica fusa, limitando il contatto con il catalizzatore", ha spiegato il primo autore Ali Kamali, dottorando presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare. "Per migliorare il progetto, abbiamo inserito dei pilastri di silice per aprire lo spazio tra gli strati di MXene, permettendo ai polimeri e ai composti intermedi che si formano durante la reazione di scorrere più facilmente".
I ricercatori hanno testato il loro catalizzatore mesoporoso di rutenio supportato da MXene con il polietilene a bassa densità (LDPE), una plastica spesso usata nelle borse della spesa e nelle pellicole di plastica. In un piccolo reattore pressurizzato, il team ha combinato l'LDPE con il catalizzatore e l'idrogeno gassoso e ha riscaldato la miscela, sciogliendo la plastica in uno sciroppo denso.
Il catalizzatore ha raggiunto velocità di reazione quasi due volte superiori a quelle precedentemente riportate per l'idrogenolisi dell'LDPE. Il catalizzatore ha inoltre mostrato un'elevata selettività, consentendo una produzione mirata di combustibili liquidi e riducendo al minimo i sottoprodotti indesiderati, come il gas serra metano. I ricercatori attribuiscono questa selettività alla stabilizzazione delle nanoparticelle di rutenio nello spazio mesoporoso tra gli strati di MXene.
"Siamo riusciti a produrre un materiale che non solo accelera la conversione, ma migliora anche la qualità dei prodotti combustibili. Questo progresso evidenzia il potenziale dei catalizzatori mesoporosi nanostrutturati per migliorare l'upcycling della plastica", ha dichiarato Liu.
In prospettiva, il team di ricerca intende perfezionare ulteriormente il catalizzatore e sviluppare una più ampia libreria di catalizzatori a base di MXene da utilizzare con diversi tipi di plastica. In definitiva, spera di collaborare con partner industriali per trasformare i rifiuti plastici da problema a risorsa, convertendoli in carburanti e prodotti chimici che non solo aiutino l'ambiente, ma portino anche valore economico alle comunità locali.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Ali Kamali, Joshua M. Little, Song Luo, Amy Chen, Akash Warty, Antara Bhowmick, Jorge Moncada, Evan P. Jahrman, Brandon C. Vance, Jong K. Keum, Taylor J. Woehl, Po-Yen Chen, Dionisios G. Vlachos, Dongxia Liu; "Plastic-waste hydrogenolysis over two-dimensional MXene-supported ruthenium catalysts with tunable interlayer spacing"; Chem Catalysis, Volume 5
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