Profesor Kotohiro Nomura i jego zespół z Tokyo Metropolitan University opracowali skuteczną metodę depolimeryzacji PET przy użyciu alkoholi i taniego katalizatora żelazowego. Proces ten jest wolny od kwasów i zasad, prostszy i bardziej przyjazny dla środowiska.
- PET przekształcony w cenne związki.
- Tani katalizator żelazowy.
- Precyzyjnie przetworzone tekstylia i butelki.
- Łagodna reakcja, bez kwasów i zasad.
- Selektywny recykling chemiczny.
- Wydajność 99,7–99,9%.
- Kluczowy postęp w gospodarce o obiegu zamkniętym.
Konieczny postęp w obliczu nasycenia rynku tworzywami sztucznymi
Ilość odpadów z tworzyw sztucznych nadal rośnie w tempie przekraczającym możliwości wielu krajów. Większość PET-u jest spalana w celu odzyskania energii lub składowana na wysypiskach, co stanowi ogromną stratę zasobów. Chociaż recykling mechaniczny odgrywa ważną rolę, jego ograniczenia są dobrze znane: jakość materiału pochodzącego z recyklingu nigdy nie dorównuje jakości pierwotnego PET-u, co wymaga mieszania go z nowym materiałem i powoduje utrzymywanie się popytu na ropę naftową.
Zespół Nomury odchodzi od tej dynamiki. Jego metoda pozwala rozbić wiązania estrowe PET z niemal chirurgiczną precyzją, przywracając oryginalne składniki bez generowania zanieczyszczeń i problematycznych produktów ubocznych. Jest to sposób na powrót do punktu wyjścia, a nie na naprawianie materiału.
Chemia stojąca za czystszym rozwiązaniem
PET jest polimerem złożonym z powtarzających się wiązań estrowych. Rozbicie tej struktury wymaga energii i tradycyjnie bardzo agresywnych odczynników: silnych kwasów, zasad lub wysokich temperatur. Nowością w pracy japońskiego zespołu jest prostota systemu: katalizator oparty na chlorku żelaza (FeCl₃) wzmocniony bardzo małą ilością aminy i popularnych alkoholi, takich jak metanol lub etanol.
Proces przebiega w temperaturze od 120 do 180 °C, co w chemii przemysłowej uznaje się za temperaturę umiarkowaną. Mimo to wydajność przekracza 99,7%, nawet w przypadku pracy z partiami kilkudziesięciu gramów pochodzących z prawdziwych butelek lub resztek tkanin. Produkt końcowy, dimetylotereftalan (DMT) lub jego odpowiedniki w zależności od użytego alkoholu, uzyskuje się w postaci prawie czystej po prostym filtrowaniu. Nie są potrzebne żadne długotrwałe procesy oczyszczania ani kosztowne odczynniki.
Ciekawostka: amina nie pogarsza selektywności, ale zwielokrotnia aktywność katalityczną i przyspiesza rozpad polimeru bez jego degradacji.
Recykling w rzeczywistych warunkach: mieszanki odpadów i tekstyliów
Znaczna część PET nie trafia do pojemników na recykling w postaci butelek. Znajduje się on w zasłonach, odzieży sportowej, dywanach, przędzach zmieszanych z bawełną lub innymi włóknami. W takich przypadkach tradycyjne metody często zawodzą: rozdzielanie każdego rodzaju materiału jest kosztowne, czasochłonne, a czasem niemożliwe.
System Nomury rozwiązuje tę krytyczną przeszkodę. Jest w stanie zidentyfikować i depolimeryzować wyłącznie PET, nawet w złożonych mieszankach, bez wpływu na włókna naturalne lub inne tworzywa sztuczne. Otwiera to drzwi do przetwarzania odpadów tekstylnych, które obecnie są spalane i stanowią ogromny strumień niewykorzystanych zasobów.
Zdjęcia z jego badań pokazują przemianę tkanin poliestrowych w przezroczystą ciecz po reakcji, a następnie krystalizację czystego DMT. Jest to proces czysty, bezpośredni i zaskakująco wydajny.
Idealna konwersja odpadów z butelek PET poprzez katalityczny recykling chemiczny.
Całkowita konwersja chemiczna odpadów z butelek PET na podstawowe związki chemiczne (DMT).
(a) Odpady z butelek PET zebrane w publicznej stacji.
(b) Przed reakcją z metanolem (skala 30,0 g) w obecności katalizatora żelaza.
(c) Produkt DMT o czystości analitycznej uzyskany przez filtrację (wydajność >99,9%).
Katalityczna depolimeryzacja (recykling chemiczny) odpadów tekstylnych za pomocą metanolu.
Całkowita konwersja chemiczna odpadów tekstylnych PET na podstawowe związki chemiczne (DMT).
(a) Odpady tekstylne (tkanina).
(b) Przed reakcją z metanolem (skala 20,0 g) w obecności katalizatora żelaza.
(c) Roztwór po reakcji (schłodzony do temperatury pokojowej).
(d) Produkt DMT o czystości analitycznej uzyskany poprzez proste filtrowanie (wydajność >99,9%).
Kontekst i postępy towarzyszące temu odkryciu
Tego typu badania nie są odosobnione. Badanie wpisuje się w szerszy program JST CREST, skupiający się na nowych materiałach biodegradowalnych i strategiach chemicznego recyklingu polimerów. Równolegle wiele krajów wprowadza przepisy zobowiązujące do poprawy wskaźników recyklingu, takie jak ostatnie europejskie wymagania dotyczące minimalnej zawartości materiałów pochodzących z recyklingu w opakowaniach.
Jednocześnie globalne firmy tekstylne poszukują technologii, które pozwolą im zamknąć cykl własnych odpadów, zwłaszcza w branży fast fashion i uniformów przemysłowych. Taka metoda, tania i skalowalna, odpowiada oczekiwaniom wielu firm: odzyskiwanie materiałów bez utraty jakości i zmniejszenie zależności od surowców kopalnych.
Jaki wpływ może to mieć na środowisko
Przemysłowe zastosowanie tego procesu może mieć znaczące skutki:
- Mniejsze emisje bezpośrednie. Degradacja chemiczna bez użycia stężonych kwasów i silnych zasad zmniejsza ślad węglowy związany z przetwarzaniem PET.
- Rzeczywiste wykorzystanie odpadów tekstylnych. Góry zużytej odzieży mogą stać się surowcami wysokiej jakości.
- Mniejsze wydobycie ropy naftowej. Jeśli DMT lub BHET będą odzyskiwane w sposób opłacalny, popyt na pierwotny tereftalan ulegnie zmniejszeniu.
- Lepsza kontrola mikroplastików. Mniej PET rozkładanego w łańcuchach recyklingu mechanicznego oznacza mniej przypadkowych fragmentacji.
Nie jest to całkowite rozwiązanie problemu plastiku, ale ważny krok w kierunku bardziej inteligentnego i odpowiedzialnego zarządzania.
