Chemiczny recykling - szansą dla przemysłu i dla przyrody

Na czym polega rozpoczynany przez Panią projekt?

Kilka rodzajów tworzyw sztucznych zamierzam poddać recyklingowi chemicznemu. Z poliuretanów (PU), politereftalanu etylenu (PET), poliwęglanu (PC) i innych materiałów zamierzamy w ten sposób odzyskać monomery, czyli podstawowe elementy, z których te tworzywa się składają. Będziemy wykorzystywać do tego tzw. MOFy (ang. Metal-Organic Framework), czyli struktury metaloorganiczne.

To brzmi dosyć skomplikowanie. Czym jest recykling chemiczny? To coś innego, niż „zwykły” recykling?

Mocno się od niego różni. W standardowym recyklingu stosuje się głównie mechaniczne metody – butelki, opakowania, czy inne produkty, po segregacji i oczyszczeniu się rozdrabnia i tworzy z nich granulki, które można ponownie wykorzystać jako surowiec do wytwarzania plastikowych wyrobów.

A w recyklingu chemicznym?

Ta metoda schodzi o piętro niżej, tzn. polimery, czyli istniejące już tworzywa będziemy rozkładali na monomery – cząsteczki, które stanowią podstawowe elementy składowe tych materiałów. Obecnie wytwarza się je w rafineriach, przede wszystkim z ropy naftowej. My chcemy do ich uzyskania przetwarzać zużyte przedmioty z tworzyw sztucznych. Z uzyskanych związków wytworzyć odpowiednie polimery a z nich, zależnie od tworzywa wyprodukować np. butelki, polarowe bluzy czy materace.

Jaką przewagę ma takie podejście względem typowego recyklingu?

Recykling mechaniczny ma przede wszystkim takie ograniczenie, że dany materiał można przetworzyć tylko 6-7-krotnie. Później jakość powstającego materiału spada i przestaje on spełniać odpowiednie standardy, np. odnośnie wytrzymałości i walorów wizualnych. Natomiast, jeśli z pomocą metody chemicznej otrzymamy podstawowe związki, to uzyskujemy świeży surowiec do produkcji tworzyw, taki sam, jaki otrzymuje się z ropy. Trzeba jednak powiedzieć, że choć wydaje się to proste w założeniu, to sprawa jest skomplikowana i dlatego komercyjny recykling chemiczny praktycznie jeszcze nie istnieje.

Krokiem w tym kierunku ma być wykorzystanie badanych przez Panią MOFs – czyli struktur metaloorganicznych?

Można je wykorzystać w jednym z dwóch głównych rodzajów chemicznego recyklingu, gdzie mają potencjał działania w charakterze katalizatorów. Z ich pomocą można rozkładać substancje powstające na etapach pośrednich, do końcowego produktu, czyli monomerów. Bez odpowiednich katalizatorów byłoby to niewykonalne, lub przy zastosowaniu trudnych warunków reakcji (bardzo wysoka temperatura, podwyższone ciśnienie) lub trwałoby tak długo, że nie miałoby żadnego zastosowania. Trzeba przy tym zaznaczyć, że różnorodność tworzyw jest duża i różne materiały wymagają innych reakcji i katalizatorów.

Same MOFy to w zasadzie także nowość…

Tak naprawdę to rozwija się je dopiero od około 20 lat. Są to złożone struktury trójwymiarowe, a do ich syntezy można wykorzystać wiele różnych metali i organicznych łańcuchów co pozwala na znalezienie takich, które będą miały wysoką aktywność katalityczną. MOFy charakteryzują się dużą reaktywnością w kierunku aktywacji wiązań C-H, co jest kluczową właściwością dla efektywnej degradacji polimeru. Dlatego można je wykorzystać jako katalizatory.

Pani będzie pracowała nad nowymi MOFami?

Nie, gdyż powstało ich już ponad 20 tys. rodzajów, a opracowanie nowego typu raczej wymagałoby odrębnego projektu badawczego. Być może w trakcie badań powstanie nowy rodzaj, ale przede wszystkim, nowość będzie polegała na wykorzystaniu tych substancji w chemicznym recyklingu.

Do tej pory ukazała się jedna publikacja, wykorzystująca MOFy (3 różne) jako katalizatory do recyklingu chemicznego PET

Wspomniała Pani, że tego typu komercyjne przetwarzanie tworzyw sztucznych praktycznie jeszcze nie istnieje. Może Pani bardziej przybliżyć obecną sytuację?

Dziedzina ta znajduje się dopiero na początku rozwoju. Interesują się nią dopiero pierwsze firmy, ale należą do nich duże koncerny, takie jak BASF, Henkel, czy Coca-Cola. W Polsce działała firma, która w taki sposób próbowała przetwarzać tworzywa z materaców do łóżek. Jedna z przeszkód do szybkiego rozwoju tego typu technologii polega na tym, że ropa nadal jest relatywnie tania. Jednocześnie technologie jej przetwarzania są doskonale dopracowane. To oznacza, że można niedrogo otrzymywać z niej potrzebne przemysłowi monomery, takie, które my chcemy odzyskiwać z wyprodukowanych już tworzyw.

W końcu jednak zacznie jej brakować, a tymczasem mamy do czynienia z rosnącym problemem plastikowych odpadów.

Szczerze wierzę w to, że z pomocą recyklingu chemicznego możemy wykorzystać to, co już wyprodukowaliśmy i korzystać z tego ponownie, bez eksploatacji surowców, takich jak ropa. Produktów, które cywilizacja do tej pory wytworzyła jest przy tym naprawdę dużo i można uzyskać z nich surowce dobrej jakości przy zastosowaniu odpowiednich technologii. Składowanie odpadów powinno być ostatecznością, ponieważ przy odpowiedniej segregacji można je łatwo ponownie przetworzyć za pomocą recyklingu mechanicznego lub nawet otrzymać podstawowe substraty, stosując recykling chemiczny.

Czy Pani projekt ma duże szanse przekształcić się w komercyjne przedsięwzięcie?

W czasie mojego doktoratu opatentowałam związaną z chemicznym recyklingiem metodę. Podobną metodą opracowaną przez naukowców Politechniki Gdańskiej zainteresowała się pewna firma i wykupiła na nią licencję (Firma wykupiła licencję na wcześniejszy patent przygotowany na PG) . Wykorzystanie MOFów na tym polu to nowość, więc na pewno istnieje potencjał patentowy. Czy to się przełoży na komercjalizację, trudno w tym momencie powiedzieć, ale na pewno planowane badania będą krokiem w tym kierunku.