Trudne słowo: depolimeryzacja. Czy to sposób na plastiki?

Tworzywa sztuczne są powszechnie wykorzystywane między innymi ze względu na swą trwałość. Ta sama ich cecha sprawia, że trwale zaśmiecają środowisko.

Na świecie produkuje się około 450 milionów ton tworzyw sztucznych rocznie. Wyrzucane jest zaś 350 milionów ton. Większość plastikowych odpadów trafia na wysypiska.

Z raportu OECD sprzed dwóch lat wynika, że tylko 9 procent poddawanych jest recyklingowi, a 19 procent zostaje spalone. Aż 78 procent tworzyw sztucznych jest po prostu wyrzucane.

Aż 40 procent tworzyw sztucznych wyrzucanych w Unii Europejskiej to opakowania, wylicza “Investigate Europe”. Przeciętny Polak wyrzuca ich prawie 60 kilo rocznie. Mniej niż Włoch, ale więcej niż Niemiec.

Dlaczego tak trudno jest przetworzyć plastik

Większość plastików jest termoplastyczna. W wysokiej temperaturze, od 150 do 320 stopni Celsjusza, stają się miękkie i można teoretycznie formować z nich nowe plastikowe produkty. Ten proces zwykle nazywa się “recyklingiem mechanicznym” (w przeciwieństwie do chemicznego).

Jest jednak wiele różnych tworzyw sztucznych o różnych temperaturach topnienia. Plastikowe nakrętki produkowane są zwykle z polietylenu o wysokiej gęstości (HDPE) lub polipropylenu (PP), które miękną w temperaturze 140-150 stopni. Plastikowe butelki powstają z politereftalanu etylenu (czyli PET), który topi się dopiero w 260 stopniach.

Plastiki do recyklingu trzeba posortować według typu tworzywa. Czasem jest uciążliwe. A czasem wręcz niemożliwe.

Dodatkowo tworzywo powstające w takim procesie nie jest najwyższej jakości. Do tworzyw sztucznych dodaje się przecież barwniki, stabilizatory (zwiększające trwałość) czy plastyfikatory (ułatwiające ich formowanie). Część z tych związków pod wpływem temperatury ulega rozkładowi.

Plastik przetworzony w ten sposób jest gorszej jakości. Ma się do nowego tworzywa tak, jak papier do papieru makulaturowego.

Rozłożyć klocki z powrotem

Tworzywa sztuczne są polimerami, czy składają się z cząstek (monomerów) połączonych w długie łańcuchy. W teorii można by te łańcuchy poprzerywać i odzyskać surowiec do produkcji polimeru. Taki proces nazywany jest depolimeryzacją.

Żeby rozłożyć plastik na czynniki pierwsze również trzeba dostarczyć energię (zwykle w postaci ciepła lub promieniowania ultrafioletowego). Najczęściej niezbędny jest też jakiś katalizator, czyli coś, co taki proces rozkładu znacznie ułatwi – inaczej kosztuje to zbyt wiele energii.

Część katalizatorów wymaga metali szlachetnych: irydu lub palladu. Kilogram irydu kosztuje około 150-200 tysięcy dolarów, palladu około 33-50 tysięcy dolarów. Koszt tych metali sprawia, że chemiczne rozkładanie plastików na ich surowce jest bardzo drogie. W fazie eksperymentów (acz obiecujących) jest rozkładanie plastików za pomocą enzymów pochodzących od bakterii.

W Niemczech przetapia się 46 procent plastikowych odpadów, a depolimeryzacji poddawane jest niespełna 1 procent. Nawet w najbardziej zaawansowanej technologicznie pod tym względem Japonii depolimeryzacji poddaje się około 4 procent tworzyw sztucznych.

Czyste i tanie – ale kiedy?

Jednak ten proces ma swoje zalety. W wyniku depolimeryzacji można uzyskać surowiec do produkcji czystego i nowego polimeru.

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley znaleźli sposób na to, by depolimeryzacja była tańsza. Jako katalizatory można wykorzystać sód i tlenek glinu albo tlenek wolframu i krzem, donoszą na stronie uczelni (pracę naukową opublikowali niedawno w “Science”).

Sód, glin i krzem są jednym z najpowszechniejszych pierwiastków na Ziemi, co przekłada się na niską cenę. Nieco rzadszy wolfram i tak jest tysiące razy tańszy (około stu dolarów za kilogram) od irydu czy palladu.

Ten tańszy sposób depolimeryzacji jest możliwy w przypadku polimerów, których cząsteczki składają się tylko z węgla i wodoru (poliolefin). Jednak należą do nich polietylen (PE) oraz polipropylen (PP), które stanowią około 80 procent produkcji wszystkich polimerów syntetycznych.

W ten sposób pozwala na uzyskanie monomerów ze sprawnością 90 procent. (Nie wydajnością. Wydajność mierzy się w jednostkach masy lub objętości. Procent to sprawność procesu).

To nie my, ale toniemy

Nowy i tani sposób na rozkład plastików na “części pierwsze”, czyli na surowce, nie zmienia jednego zasadniczego faktu. Recycling jest potrzebny, bo producenci zasypują świat plastikiem.

Celowo nie piszę “zasypujemy”. Przecież owe 450 milionów ton tworzyw sztucznych rocznie produkuje przemysł. Zmusić go do zmniejszenia produkcji mogą w zasadzie tylko dwie rzeczy: prawo i podatki.

Ale to już zupełnie inna historia.

Od początków wynalezienia tworzyw sztucznych wyprodukowano ich już ponad 8 miliardów ton. Z tego mniejszość została spalona (12 proc.), powtórnie przetworzona (9 proc.), a przetworzona więcej niż raz w znikomej części (1 procent). Pozostałe niemal 6,5 miliarda ton zostało wyrzucone, szacowali naukowcy w 2017 roku.

Tyle waży 60 milionów płetwali błękitnych.