Al Virginia Tech, tramite una tecnica innovativa, i ricercatori convertono il polietilene in sapone tramite upcycling. Questa scoperta si basa sull'inaspettata somiglianza tra polietilene e acidi grassi, che vengono utilizzati per produrre sapone. Il team ha creato con successo molecole di polietilene a catena corta scomponendo le catene di polietilene tramite un nuovo processo di termolisi a gradiente di temperatura. Ora può essere utilizzato per produrre sapone.
I ricercatori del Virginia Tech hanno sviluppato con successo una tecnica innovativa e stanno realizzando sapone dal polietilene. Il processo prevede la trasformazione della plastica in preziosi tensioattivi. Queste sostanze chimiche sono ampiamente utilizzate nella produzione di prodotti essenziali di uso quotidiano come sapone e detersivo.
La plastica e i saponi sono molto diversi in termini di consistenza, aspetto e, cosa più importante, applicazioni pratiche. Esiste una sorprendente connessione molecolare tra i due. Il polietilene, una delle plastiche più frequentemente impiegate al mondo, mostra una somiglianza notevolmente stretta con la struttura chimica di un acido grasso. Questo acido grasso è utilizzato come precursore chimico per la produzione di sapone. Sebbene entrambi i materiali siano costituiti da lunghe catene di atomi di carbonio, verso la fine della catena negli acidi grassi c'è un gruppo extra di atomi.
Le somiglianze tra il polietilene e gli acidi grassi hanno indotto Guoliang "Greg" Liu , professore associato di chimica al College of Science del Virginia Tech , a credere che fosse possibile convertire il polietilene in acidi grassi . Con qualche passaggio in più, questo avrebbe potuto essere utilizzato per produrre sapone. Doveva trovare un modo per spezzare una lunga catena di polietilene in catene più corte, ma non troppo corte.
Anche l'efficienza era importante. Liu era fermamente convinto che esistesse un'enorme opportunità per rivoluzionare il processo di upcycling, trasformando i rifiuti di plastica, apparentemente insignificanti, in una merce preziosa e pratica.
Fonte d'ispirazione
Mentre si godeva una calda serata invernale accanto al camino, Liu ebbe un momento di ispirazione. Osservò il fumo che saliva dal fuoco e si rese conto che era composto da piccole particelle create dalla combustione della legna. Sebbene sia importante evitare di bruciare la plastica nei camini per motivi di sicurezza e ambientali, la curiosità di Liu fu stuzzicata mentre contemplava il potenziale risultato della combustione sicura del polietilene in un laboratorio.
Liu, titolare della borsa di studio Blackwood Junior Faculty Fellowship in Scienze della Vita presso il Dipartimento di Chimica, ha affermato: "La legna da ardere è composta principalmente da polimeri come la cellulosa. La combustione della legna da ardere scompone questi polimeri in catene corte e poi in piccole molecole gassose prima della completa ossidazione ad anidride carbonica."
"Se scomponiamo allo stesso modo le molecole di polietilene sintetico, ma interrompiamo il processo prima che si disgreghino completamente in piccole molecole gassose, dovremmo ottenere molecole a catena corta simili al polietilene", ha aggiunto il professor Liu.
Liu ha collaborato con Zhen Xu ed Eric Munyaneza , due dottorandi in chimica del suo laboratorio, per costruire un reattore compatto ed efficiente simile a un forno. Questo design innovativo ha facilitato l' applicazione della termolisi a gradiente di temperatura per riscaldare il polietilene , ottenendo risultati straordinari.
Come funziona
Il forno raggiunge una temperatura sul fondo sufficientemente elevata da rompere le catene polimeriche , mentre nella parte superiore viene raffreddato a una temperatura abbastanza bassa da impedire un'ulteriore degradazione. Dopo il processo di termolisi , hanno raccolto la sostanza rimanente, in modo simile alla rimozione della fuliggine da un camino. Con loro grande soddisfazione, l'intuizione di Liu si era rivelata corretta, poiché si trattava di polietilene a catena corta , nello specifico, sotto forma di cere.
Secondo il professor Liu, "Questo è stato il primo passo nello sviluppo di un metodo per riciclare la plastica e trasformarla in sapone".
I ricercatori hanno convertito il polietilene in sapone attraverso il riciclo creativo, realizzando così il primo sapone al mondo a base di plastica . Il team ha poi aggiunto ulteriori passaggi, come la saponificazione, un processo utilizzato nella produzione del sapone . Per perfezionare ulteriormente il processo, il team si è avvalso della collaborazione di esperti di modellazione computazionale, analisti economici e altri professionisti.
Molti di questi esperti sono stati reclutati grazie ai loro contatti con il Macromolecules Innovation Institute presso il Virginia Tech. Il gruppo ha lavorato in modo collaborativo per documentare attentamente e migliorare il processo di upcycling, raggiungendo un punto in cui è ora pronto per essere condiviso con la comunità scientifica.
Zhen Xu , autore principale dello studio, ha dichiarato: "La nostra ricerca dimostra una nuova via per il riciclo creativo della plastica senza l'utilizzo di catalizzatori innovativi o procedure complesse. In questo lavoro, abbiamo mostrato il potenziale di una strategia combinata per il riciclo della plastica. Ciò fornirà spunti per lo sviluppo di procedure di riciclo creativo più innovative in futuro."
Vedi anche : Scopri i batteri che possono salvare il pianeta dal crescente problema della plastica
Applicabile su altre materie plastiche
Il polietilene è stato il materiale plastico iniziale che ha ispirato questo progetto. Tuttavia, il metodo di upcycling può essere applicato anche a un altro tipo di plastica, il polipropilene . Dagli imballaggi dei prodotti ai contenitori per alimenti, fino ai tessuti, questi due materiali costituiscono una parte significativa della plastica con cui i consumatori entrano in contatto quotidianamente.
Vantaggi della tecnica dell'Upcycling
L'innovativo metodo di upcycling di Liu presenta i seguenti vantaggi.
- Rispetto ad alcune tecniche di riciclaggio attualmente in uso, elimina la necessità di una particolare selezione della plastica per prevenirne la contaminazione.
- Può elaborare contemporaneamente e senza problemi entrambi i tipi di plastica, eliminando la necessità di una laboriosa separazione.
- Ciò non solo contribuisce all'economicità del metodo, ma ne riduce anche l'impatto ambientale.
- Questa tecnica di upcycling richiede solo plastica e calore per iniziare. Mentre le fasi successive del processo richiedono alcuni ingredienti extra per convertire le molecole di cera in acidi grassi e sapone, la conversione iniziale della plastica è una reazione semplice e diretta.
Requisiti per rendere efficace l'upcycling
Affinché l'upcycling abbia un impatto significativo, il prodotto finale deve possedere un valore sufficiente non solo a compensare le spese del processo, ma anche a renderlo più economicamente attraente rispetto alle alternative di riciclo disponibili. Sapone e prodotti correlati sono molto richiesti, in modo simile alla domanda di plastica.
Il professor Liu ha affermato: "Questa ricerca getta le basi per un nuovo modo di ridurre i rifiuti, convogliando la plastica usata nella produzione di altri materiali utili".
Spera che gli impianti di riciclaggio in tutto il mondo adottino gradualmente questa tecnica. I consumatori potrebbero alla fine essere in grado di acquistare prodotti di sapone innovativi e sostenibili che aiutano a ridurre i rifiuti di plastica nelle discariche.
Vedi anche : Dai rifiuti al carburante: un reattore a energia solare converte CO2 e plastica in carburante sostenibile
"Per questo motivo, si può dimostrare che la trasformazione della plastica in sapone è economicamente fattibile", ha aggiunto il professor Liu.
L'autore principale, Zhen Xu, ha affermato: "Bisogna rendersi conto che l'inquinamento da plastica è una sfida globale, non un problema limitato a pochi paesi importanti. Rispetto a un processo sofisticato che richiede catalizzatori o reagenti complessi, un processo semplice potrebbe essere più accessibile a molti altri paesi in tutto il mondo. Spero che questo possa essere un buon inizio nella lotta contro l'inquinamento da plastica".
Il professor Liu è membro del programma di nanoscienza, una parte prestigiosa della stimata Academy of Integrated Science del College of Science. Inoltre, è anche affiliato al Department of Materials Science and Engineering all'interno del rinomato Virginia Tech College of Engineering. I ricercatori convertono il polietilene in sapone tramite upcycling e il progetto ha coinvolto la collaborazione con ricercatori del Department of Chemical Engineering. La collaborazione ha svolto un ruolo fondamentale nel contribuire allo sviluppo del documento di ricerca.
