An der Virginia Tech wandeln Forscher mithilfe einer innovativen Technik Polyethylen durch Upcycling in Seife um. Diese Entdeckung basiert auf der unerwarteten Ähnlichkeit zwischen Polyethylen und Fettsäuren, die zur Seifenherstellung verwendet werden. Dem Team gelang es, kurzkettige Polyethylenmoleküle durch den Abbau von Polyethylenketten mithilfe eines neuen Temperaturgradienten-Thermolyseverfahrens herzustellen. Diese können nun zur Seifenherstellung genutzt werden.
Forscher der Virginia Tech haben erfolgreich eine innovative Technik entwickelt und stellen Seife aus Polyethylen her. Dabei werden Kunststoffe in wertvolle Tenside umgewandelt. Diese Chemikalien werden häufig bei der Herstellung wichtiger Alltagsprodukte wie Seife und Waschmittel eingesetzt.
Kunststoffe und Seifen unterscheiden sich erheblich in ihrer Textur, ihrem Aussehen und vor allem in ihren praktischen Anwendungen. Es besteht jedoch eine überraschende molekulare Verbindung zwischen beiden. Polyethylen, einer der weltweit am häufigsten verwendeten Kunststoffe, weist eine bemerkenswert große Ähnlichkeit mit der chemischen Struktur einer Fettsäure auf. Diese Fettsäure dient als chemische Vorstufe zur Seifenherstellung. Obwohl beide Materialien aus langen Kohlenstoffketten bestehen, befindet sich am Ende der Kette bei Fettsäuren eine zusätzliche Atomgruppe.
Die Ähnlichkeiten zwischen Polyethylen und Fettsäuren führten Guoliang „Greg“ Liu, außerordentlicher Professor für Chemie an der Virginia Tech College of Sciencezu glauben, dass es möglich, Polyethylen in Fettsäuren umzuwandelnMit ein paar zusätzlichen Schritten könnte man daraus Seife herstellen. Er musste einen Weg finden, eine lange Polyethylenkette in kürzere Ketten aufzuteilen, die aber nicht zu kurz waren.
Auch die Effizienz war wichtig. Liu war überzeugt, dass es eine enorme Chance gab, den Upcycling-Prozess zu revolutionieren, indem man die scheinbar unbedeutender Plastikmüll in ein wertvolles und praktisches Gut.
Inspirationsquelle
An einem gemütlichen Winterabend am Kaminfeuer hatte Liu eine zündende Idee. Er beobachtete den aufsteigenden Rauch und erkannte, dass dieser aus kleinen Partikeln bestand, die beim Verbrennen des Holzes entstanden waren. Obwohl es aus Sicherheits- und Umweltgründen wichtig ist, das Verbrennen von Kunststoffen in Kaminen zu vermeiden, wurde Lius Neugier geweckt, als er über die möglichen Folgen der sicheren Verbrennung von Polyethylen im Labor nachdachte.
Liu, Inhaber des Blackwood Junior Faculty Fellowship in Biowissenschaften im Fachbereich Chemie, sagte: Brennholz besteht hauptsächlich aus Polymeren wie Zellulose. Bei der Verbrennung von Brennholz werden diese Polymere zunächst in kurze Ketten und dann in kleine Gasmoleküle zerlegt, bevor sie vollständig zu Kohlendioxid oxidieren.
„Wenn wir die synthetischen Polyethylenmoleküle auf ähnliche Weise zerlegen, den Prozess aber stoppen, bevor sie vollständig in kleine gasförmige Moleküle zerfallen, sollten wir kurzkettige, polyethylenähnliche Moleküle erhalten“, Professor Liu fügte hinzu.
Liu arbeitete mit Zhen Xu zusammen und Eric Munyaneza, zwei Chemie-Doktoranden in seinem Labor, einen kompakten und effizienten Reaktor zu konstruieren, der einem Ofen ähnelt. Dieses innovative Design ermöglichte die Anwendung der Temperaturgradiententhermolyse zum Erhitzen von Polyethylen, was zu außergewöhnlichen Ergebnissen führte.
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Der Prozess
Der Backofen erreicht unten eine ausreichend hohe Temperatur, um die Polymerketten aufbrechen, während es oben auf eine ausreichend niedrige Temperatur abgekühlt wird, um einen weiteren Zerfall zu verhindern. Nach dem Thermolyseprozess, sammelten sie die verbleibende Substanz, ähnlich wie beim Entfernen von Ruß aus einem Schornstein. Zu ihrer Freude hatte sich Lius Intuition als richtig erwiesen, denn sie bestand aus kurzkettigem Polyethylen, und zwar in Form von Wachsen.
Laut Professor Liu, „Dies war der erste Schritt bei der Entwicklung einer Methode zum Upcycling von Kunststoffen zu Seife.“
Die Forscher wandeln Polyethylen durch Upcycling in Seife um, das ist die weltweit erste Seife aus KunststoffDas Team fügte dann noch einige weitere Schritte hinzu, wie die Verseifung, ein Prozess, der bei der Seifenherstellung abläuftUm den Prozess weiter voranzutreiben, holte sich das Team die Unterstützung von Experten für computergestützte Modellierung, Wirtschaftsanalysten und anderen Fachleuten.
Einige dieser Experten konnten dank ihrer Kontakte zum Macromolecules Innovation Institute der Virginia Tech an Bord geholt werden. Die Gruppe arbeitete gemeinsam daran, den Upcycling-Prozess sorgfältig zu dokumentieren und zu verbessern. So konnten die Ergebnisse nun der wissenschaftlichen Gemeinschaft zugänglich gemacht werden.
Zhen Xu, sagte der Hauptautor des Papiers, Unsere Forschung zeigt einen neuen Weg für das Kunststoff-Upcycling auf, der ohne den Einsatz neuartiger Katalysatoren oder komplexer Verfahren auskommt. Wir haben das Potenzial einer Tandem-Strategie für das Kunststoffrecycling aufgezeigt. Dies wird uns in Zukunft die Möglichkeit geben, kreativere Upcycling-Verfahren zu entwickeln.
Anwendbar auf anderen Kunststoffen
Polyethylen war der ursprüngliche Kunststoff, der dieses Projekt motivierte. Die Upcycling-Methode kann jedoch auch angewendet werden auf ein anderer Kunststoff namens PolypropylenVon Produktverpackungen über Lebensmittelbehälter bis hin zu Textilien machen diese beiden Materialien einen erheblichen Anteil der Kunststoffe aus, mit denen Verbraucher täglich in Berührung kommen.
Vorteile der Upcycling-Technik
Lius innovative Upcycling-Methode bietet folgende Vorteile.
- Im Vergleich zu bestimmten derzeit verwendeten Recyclingtechniken ist keine spezielle Kunststoffsortierung zur Vermeidung von Verunreinigungen mehr erforderlich.
- Es können problemlos beide Kunststoffarten gleichzeitig verarbeitet werden, eine aufwendige Trennung entfällt.
- Dies trägt nicht nur zur Kosteneffizienz der Methode bei, sondern minimiert auch ihren ökologischen Fußabdruck.
- Diese Upcycling-Technik benötigt zunächst lediglich Kunststoff und Hitze. Während die nachfolgenden Prozessschritte zusätzliche Zutaten erfordern, um die Wachsmoleküle in Fettsäuren und Seife umzuwandeln, ist die anfängliche Umwandlung des Kunststoffs eine einfache und direkte Reaktion.
Voraussetzungen für effektives Upcycling
Damit Upcycling eine nennenswerte Wirkung erzielen kann, muss das Endprodukt einen ausreichenden Wert besitzen, der nicht nur die Kosten des Prozesses ausgleicht, sondern ihn auch wirtschaftlich attraktiver macht als die verfügbaren Recyclingalternativen. Seife und verwandte Produkte sind sehr gefragt, ähnlich wie Kunststoffe.
Professor Liu sagte: „Diese Forschung legt den Grundstein für eine neue Art der Abfallreduzierung, indem gebrauchte Kunststoffe in die Produktion anderer nützlicher Materialien kanalisiert werden.“
Er hofft, dass Recyclinganlagen weltweit diese Technik nach und nach übernehmen werden. Verbraucher könnten dann irgendwann innovative und nachhaltige Seifenprodukte kaufen, die dazu beitragen, den Plastikmüll auf Mülldeponien zu reduzieren.
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„Aus diesem Grund kann nachgewiesen werden, dass die Umwandlung von Kunststoffen in Seifen wirtschaftlich rentabel ist“, fügte Professor Liu hinzu.
Der Hauptautor Zhen Xu sagte: Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass die Plastikverschmutzung eine globale Herausforderung darstellt und nicht nur ein Problem einiger weniger Länder ist. Im Vergleich zu einem komplexen Verfahren und komplexen Katalysatoren oder Reagenzien könnte ein einfacher Prozess für viele andere Länder weltweit zugänglicher sein. Ich hoffe, dies ist ein guter Start im Kampf gegen die Plastikverschmutzung.
Professor Liu ist Mitglied des Nanowissenschaftsprogramms, einem renommierten Teil der renommierten Academy of Integrated Science des College of Science. Darüber hinaus ist er Mitglied der Fakultät für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik des renommierten Virginia Tech College of Engineering. Die Forscher wandeln Polyethylen durch Upcycling in Seife um. Das Projekt beinhaltete eine Zusammenarbeit mit Forschern der Fakultät für Chemieingenieurwesen. Diese Zusammenarbeit trug maßgeblich zur Entwicklung der Forschungsarbeit bei.
Quelle Chemisches Upcycling von Polyethylen, Polypropylen und Mischungen zu hochwertigen Tensiden
