Nuova tecnologia di riciclo della plastica: da rifiuto a combustibile con costi inferiori

A cura del Pacific Northwest National Laboratory, 22 agosto 2022

Un giorno i rifiuti di plastica potrebbero essere riciclati in utili prodotti chimici invece di finire nell’ambiente. Credito: immagine di Cortland Johnson | Laboratorio nazionale del Pacifico nordoccidentale

La nuova tecnologia potrebbe sottrarre la plastica problematica alle discariche e convertirla in fonti di combustibile.

Un’innovazione nel riciclo della plastica che fa di più con meno aumenta contemporaneamente la conversione in prodotti utili utilizzando meno il prezioso metallo rutenio. Sarà presentato oggi (22 agosto 2022) alla riunione autunnale dell'American Chemical Society a Chicago.

"La scoperta chiave che riportiamo è il bassissimo carico di metalli", ha affermato il chimico Janos Szanyi del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), che ha guidato il gruppo di ricerca. "Ciò rende il catalizzatore molto più economico."

La nuova tecnica converte in modo più efficiente la plastica in prodotti chimici di valore, un processo chiamato “upcycling”. Inoltre, produce molto meno metano, un gas serra indesiderato, come sottoprodotto, rispetto ad altri metodi riportati.

"È stato molto interessante per noi che non fosse stato pubblicato nulla in precedenza che mostrasse questo risultato", ha detto il ricercatore post-dottorato Linxiao Chen, che ha presentato la ricerca all'ACS. “Questa ricerca mostra l’opportunità di sviluppare catalizzatori efficaci, selettivi e versatili per il riciclo della plastica”.

Il riciclo della plastica fornisce un modo per riutilizzare il carbonio di scarto che ora ingombra le discariche e le spiagge. Credito: Animazione di Sara Levine | Laboratorio nazionale del Pacifico nordoccidentale

I rifiuti di plastica a base di petrolio rappresentano una fonte non sfruttata di sostanze chimiche a base di carbonio che possono fungere da materiale di partenza per materiali e combustibili utili e durevoli. Nonostante l’ampia disponibilità nei contenitori per il riciclaggio, attualmente viene riciclata pochissima plastica, principalmente per ragioni economiche e pratiche. Tuttavia, i ricercatori del PNNL stanno cercando di cambiare la dinamica applicando la loro esperienza nella rottura efficiente dei legami chimici.

È risaputo che l’aggiunta di idrogeno – una reazione nota come idrogenolisi – a plastiche difficili da riciclare come polipropilene e polietilene rappresenta una strategia promettente per convertire i rifiuti di plastica in piccoli idrocarburi a valore aggiunto. Ma questo processo richiede catalizzatori efficienti e selettivi per renderlo economicamente fattibile.

È qui che questa recente ricerca condotta dal PNNL ha eccelso.

Il team di scienziati ha scoperto che ridurre la quantità del prezioso metallo rutenio ha effettivamente migliorato l’efficienza e la selettività del riciclaggio dei polimeri. In uno studio recentemente pubblicato sulla rivista ACS Catalysis, hanno dimostrato che il miglioramento dell’efficienza si verifica quando il basso rapporto tra metallo e struttura di supporto fa sì che la struttura si sposti da una serie ordinata di particelle a zattere disordinate di atomi.

A track record of PNNL expertise in single-atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> I catalizzatori atomici hanno aiutato il team a capire perché meno è meglio. I ricercatori hanno osservato la transizione al disordine a livello molecolare e poi hanno utilizzato la teoria consolidata per dimostrare che i singoli atomi sono in realtà catalizzatori più efficaci in questo lavoro sperimentale.

Il lavoro si basa sulla ricerca sull’intrappolamento di atomi e sui catalizzatori a singolo atomo condotta da Yong Wang, professore di ingegneria chimica alla Washington State University, Pullman, e membro del PNNL Laboratory.

"C'è stato un grande sforzo dal punto di vista materiale per cercare di capire come singoli atomi o ammassi molto piccoli possano creare catalizzatori efficaci", ha affermato Gutiérrez.

Presso ACS, Chen ha anche descritto un nuovo lavoro che esplora il ruolo del materiale di supporto nel migliorare l’efficienza del sistema.

"Abbiamo studiato materiali di supporto più economici e più facilmente disponibili per sostituire l'ossido di cerio", ha affermato Chen. "Abbiamo scoperto che un ossido di titanio modificato chimicamente può consentire un percorso più efficace e selettivo per il riciclo del polipropilene."