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 polietilene e acidi grassi hanno portato Guoliang “Greg” Liu, professore associato di chimica presso Virginia Tech College of Science, credere che fosse possibile convertire il polietilene in acidi grassi. Con qualche passaggio in più, questo potrebbe essere utilizzato per fare il sapone. Aveva bisogno di trovare un modo per spezzare una lunga catena di polietilene in catene più corte, ma non troppo corte.
Anche l'efficienza era importante. Liu credeva fermamente che esistesse un'immensa opportunità di rivoluzionare il processo di upcycling, trasformando l'apparentemente trasformare un insignificante rifiuto di plastica in un bene prezioso e pratico.
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 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 rompe questi polimeri in catene corte e poi in piccole molecole gassose prima della completa ossidazione in anidride carbonica.”
"Se scomponiamo in modo simile le molecole di polietilene sintetico ma interrompiamo il processo prima che si scompongano completamente in piccole molecole gassose, allora dovremmo ottenere molecole a catena corta, simili al polietilene", ha aggiunto il professor Liu.
Liu ha collaborato con Zhen Xu e Eric Munyaneza, due studenti di dottorato in chimica nel suo laboratorio, per costruire un reattore compatto ed efficiente che assomigliasse a un forno. Questo design innovativo ha facilitato la applicazione della termolisi a gradiente di temperatura per riscaldare il polietilene, producendo risultati straordinari.
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Come funziona
Il forno raggiunge una temperatura nella parte inferiore sufficientemente alta per rompere le catene polimeriche, mentre in alto, viene raffreddato a una temperatura sufficientemente bassa da impedire ulteriori guasti. In seguito al processo di termolisi, raccolsero la sostanza rimanente, come se si stesse rimuovendo la fuliggine da un camino. Con loro grande gioia, l'intuizione di Liu si era rivelata corretta, in quanto costituito da polietilene a catena corta, in particolare 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 convertono il polietilene in sapone attraverso il riciclaggio, che è il il primo sapone al mondo fatto di plasticaIl team ha poi aggiunto altri passaggi, come la saponificazione, un processo coinvolto nella fabbricazione del saponePer far progredire ulteriormente il processo, il team ha cercato l'assistenza 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, ha affermato l'autore principale dell'articolo, "La nostra ricerca dimostra una nuova strada per l'upcycling della plastica senza usare nuovi catalizzatori o procedure complesse. In questo lavoro, abbiamo mostrato il potenziale di una strategia tandem per il riciclaggio della plastica. Ciò illuminerà le persone per sviluppare progetti più creativi di procedure di upcycling in futuro".
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Applicabile su altre materie plastiche
Il polietilene è stata la plastica iniziale che ha motivato questo progetto. Tuttavia, il metodo di upcycling può essere applicato anche a un'altra plastica chiamata polipropileneDagli imballaggi dei prodotti ai contenitori per alimenti ai tessuti, questi due materiali costituiscono una parte significativa delle plastiche che i consumatori incontrano 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 detto: "Questa ricerca getta le basi per un nuovo modo di ridurre i rifiuti incanalando 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.
“Per questo motivo, trasformare la plastica in saponi può essere dimostrato 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 piuttosto che un problema di pochi paesi tradizionali. Rispetto a un processo sofisticato e a un catalizzatore o reagente complesso, un processo semplice potrebbe essere più accessibile a molti altri paesi in tutto il mondo. Spero che questo possa essere un buon inizio per la guerra 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.
Fonte Riciclaggio chimico di polietilene, polipropilene e miscele in tensioattivi di alto valore
