I ricercatori trasformano l'acido delle batterie delle auto e i rifiuti plastici recuperati in idrogeno pulito
Il metodo di fotoriproduzione si rivolge a plastiche difficili da riciclare, come il nylon e il poliuretano, che le attuali tecnologie di riciclaggio non sono in grado di trattare
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I ricercatori hanno sviluppato un reattore a energia solare per scomporre forme di rifiuti plastici difficili da riciclare - come bottiglie per bevande, tessuti di nylon e schiume di poliuretano - utilizzando l'acido recuperato dalle vecchie batterie delle auto e convertendolo in carburante pulito a idrogeno e in preziosi prodotti chimici industriali.
Erwin Reisner e Kay Kwarteng
Beverly Low
Il reattore, sviluppato dai ricercatori dell'Università di Cambridge, è alimentato dall'energia del sole e potrebbe rappresentare un'alternativa più economica e sostenibile agli attuali metodi di riciclaggio basati su sostanze chimiche. Il team sostiene che il loro metodo potrebbe creare un sistema circolare in cui un flusso di rifiuti ne risolve un altro. I risultati sono riportati nella rivista Joule.
La produzione globale di plastica è di oltre 400 milioni di tonnellate all'anno, ma solo il 18% viene riciclato. Il resto viene bruciato, messo in discarica o si disperde negli ecosistemi. I ricercatori affermano che il loro metodo, noto come fotoriforma acida a energia solare, potrebbe diventare parte della soluzione alla montagna globale di rifiuti plastici.
I ricercatori hanno progettato un fotocatalizzatore abbastanza robusto da resistere agli effetti altamente corrosivi dell'acido, facendo al contempo un uso produttivo dell'acido contenuto nelle batterie esauste delle auto, che normalmente viene neutralizzato e scartato.
"La scoperta è stata quasi casuale", ha dichiarato il professor Erwin Reisner del Dipartimento di Chimica Yusuf Hamied di Cambridge, che ha guidato la ricerca. "Pensavamo che l'acido fosse completamente vietato in questi sistemi a energia solare, perché avrebbe semplicemente dissolto tutto. Ma il nostro catalizzatore non lo ha fatto e improvvisamente si è aperto un mondo di reazioni completamente nuovo".
"Gli acidi sono stati a lungo utilizzati per rompere la plastica, ma non abbiamo mai avuto un fotocatalizzatore economico e scalabile che potesse resistere", ha detto l'autore principale Kay Kwarteng, dottorando nel gruppo di ricerca di Reisner, che ha sviluppato il fotocatalizzatore. "Una volta risolto il problema, i vantaggi di questo tipo di sistema sono diventati evidenti".
Il metodo sviluppato da Kwarteng, Reisner e dai loro colleghi tratta innanzitutto la plastica di scarto con l'acido di scarto della batteria dell'auto, rompendo le lunghe catene polimeriche in blocchi chimici come il glicole etilenico, che il fotocatalizzatore converte poi in idrogeno e acido acetico (l'ingrediente principale dell'aceto) quando viene esposto alla luce solare.
Nei test di laboratorio, il reattore ha generato elevati rendimenti di idrogeno e ha prodotto acido acetico con un'alta selettività. Inoltre, ha funzionato per oltre 260 ore senza alcuna perdita di prestazioni.
L'approccio funziona per diversi tipi di rifiuti plastici, anche quelli attualmente difficili da riciclare, come il nylon e il poliuretano. Si tratta di un vero e proprio progresso rispetto alle attuali tecnologie di riciclaggio che non coprono le plastiche oltre al PET.
L'approccio funziona non solo con l'acido nuovo di laboratorio, ma anche con l'acido recuperato dalle batterie delle auto. Queste batterie contengono tra il 20 e il 40% di acido in volume e vengono sostituite in tutto il mondo in gran numero ogni anno. Il piombo contenuto in queste batterie viene solitamente estratto per essere rivenduto, ma l'acido crea ulteriori rifiuti una volta neutralizzato in modo sicuro.
"È una risorsa non sfruttata", ha detto Kwarteng. "Se riusciamo a raccogliere l'acido prima che venga neutralizzato, possiamo usarlo ancora e ancora per scomporre la plastica: è una vera vittoria per tutti, che evita i costi ambientali della neutralizzazione dell'acido e lo mette al lavoro per generare idrogeno pulito".
I ricercatori affermano che il loro metodo offre una potenziale riduzione dei costi di un ordine di grandezza rispetto ad altri approcci di fotoriproduzione, soprattutto perché l'acido consente di aumentare i tassi di produzione di idrogeno e può essere riutilizzato piuttosto che consumato o sprecato.
Kwarteng afferma che, sebbene rimangano delle sfide da affrontare, come garantire che i reattori possano resistere alle condizioni corrosive, la chimica di base è solida. "Questi acidi sono già trattati in modo sicuro nell'industria", ha detto. "La questione ora è ingegneristica: come costruire reattori che possano funzionare in modo continuo e gestire i rifiuti del mondo reale?".
I ricercatori affermano che il loro approccio non sostituirà il riciclaggio convenzionale, ma potrebbe integrarlo gestendo plastiche contaminate o miste che attualmente non hanno una strada percorribile per il riutilizzo.
"Non stiamo promettendo di risolvere il problema globale della plastica", ha detto Reisner. "Ma questo dimostra come i rifiuti possano diventare una risorsa. Il fatto di poter creare valore dai rifiuti plastici usando la luce del sole e l'acido delle batterie scartate lo rende un processo davvero promettente".
Il team prevede di commercializzare questo processo con il sostegno di Cambridge Enterprise, il braccio dell'Università che si occupa di innovazione, e con un conto di accelerazione dell'impatto dell'UKRI. La ricerca è stata sostenuta in parte dal Cambridge Trust, dalla Royal Academy of Engineering, dal Leverhulme Trust, dall'Isaac Newton Trust e dall'Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), parte dell'UK Research and Innovation (UKRI). Erwin Reisner è Fellow del St John's College di Cambridge. Kay Kwarteng è membro del Churchill College di Cambridge.
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.
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