ახალი გადამუშავების პროცესი პლასტმასას უკეთ უტილიზაციის საშუალებას იძლევა
- გადაყრილი პლასტმასა ჩვენი დროის გარემოს დაბინძურების ერთ-ერთ ყველაზე მწვავე პრობლემად რჩება
- პლასტმასას უტილიზაცია დიდ სირთულეებთანაა დაკავშირებული, რადგან პლასტმასას ნარჩენები ძალზე არაერთგვაროვანია, რაც ართულებს მათი გადამუშავების პროცესს და პრაქტიკულად შეუძლებელს ხდის ერთი საბოლოო პროდუქტის მიღებას, რომლისგანაც ახალი პროდუქტების წარმოება იქნებოდა შესაძლებელი
- მასაჩუსეტსის უნივერსიტეტში მოღვაწე მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ ცეოლიტისა და კობალტის გამოყენებით შესაძლებელია ისეთი ბიუქიმიური პროცესების სტიმულირება, რომლებიც პლასტმასას მრავალფეროვან ნარჩენებს ერთ საბოლოო პრდუქტად – პროპანად – აქცევს
- ეს შეიძლება დიდი გარღვევა იყოს პლასტმასას უტილიზაციის კუთხით, რადგან ცეოლიტი და კობალტი იაფია, ხოლო პროპანის გამოყენება უამრავი მიმართულებით იქნება შესაძლებელი
კოპალტზე დამზადებული კატალიზატორების გამოყენებით შესაძლებელი გახდება პლასტმასის ნარჩენების გადამუშავება საწვავში, ახალ პლასტმასში და სხვა პროდუქტებში.
პლასტმასას ნარჩენების დაგროვება ოკეანეებში, ნიადაგსა და ჩვენს სხეულებშიც კი ჩვენი დროის გარემოს დაბინძურების ერთ-ერთი ძირითადი პრობლემაა: დღესდღეობით პლასტმასას 5 მილიარდ ტონაზე მეტია გადაყრილი. იმის მიუხედავად, რომ პლასტმასას გადამუშავების ეფექტური მეთოდების შემუშავებისთვის ბევრი ძალისხმევა გაიღო, ამ ფერადი მასალის გამოყენება კვლავინდებურად სერიოზულ პრობლემად რჩება.
მთავარი პრობლემა ისაა, რომ სხვადასხვა ტიპის პლასტმასა გვაქვს, ხოლო მისი გადამუშავება იმ მდგომარეობამდე, როდესაც შესაძლებელი გახდება მისგან ახალი პლასტმასას მასალის წარმოება, ფრიად სპეციფიკური და ერთმანეთისგან განსხვავებულია. ნარჩენების აურზაურის დახარისხება – გაზიანი სასმელებისა და სარეცხი საშუალებების ბოთლებით დაწყებული და საბავშვო სათამაშოებით დამთავრებული – უპრიანია სამრეწველო მასშტაბებში. დღესდღეობით პლასტმასას უდიდესი ნაწილი, რომელიც ნარჩენების უტილიზაციის პროგრამების ფარგლებში გროვდება, კვლავინდებურად ნაგავსაყრელზე ხვდება. რა თქმა უნდა, უკეთესი გამოსავალიც არსებობს.
მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიურ უნივერსიტეტსა და სხვაგან ჩატარებული კვლევების თანახმად, უკეთესი უტილიზაციის მეთოდიც არსებობს. მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ კობალტის კატალიზატორის გამოყენებით მიმდინარე ქიმიური პროცესი ძალზე ეფექტურად შლის სხვადასხვა პლასტმასას, მათ შორის, ორ ყველაზე გავრცელებულ პლასტმასას სახეობებსაც – პოლიეთელენსა (PET) და პოლიპროპილენს (PP) – ერთ პროდუქტამდე, რომელიცაა პროპანი. მომავალში პროპანის გამოყენება შესაძლებელია საწვავად გამათბობლებისთვის და სატრანსპორტო საშუალებებისთვის. ასევე მისგან შეიძლება ახალი პლასტმასას პროდუქტების წარმოებაც, რაც შესაძლებელს ხდის გადამუშავების წრიული ციკლის შექმნას.
კვლევის შედეგები გამოქვეყნებული და ფართო საზოგადოებისთვის ხელმისაწვდომია ჟურნალ JACS Au-ში, მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური უნივერსიტეტის ქიმიური ინჟინერიის პროფესორის, იური რომან-ლეშკოვის, პოსტ-დოქტორანტი მკვლევრის, გვიდო ზიჩითელასა, და სხვა მათი კოლეგების სტატიაში, რომელზეც აქსელერატორებისა და განახლებადი ენერგიის ეროვნულ ლაბორატორიაში (SLAC) მოღვაწეობენ.
რომან ლეშკოვი გვიხსნის, რომ პლასტმასას გადამუშავება ფრიად რთული პრობლემა იყო, რადგან პოლიმერის მოლეკურლები „სტაბილური და ძნელად გარღვევადი ნახშირბადებითაა შეკრული“. მათი დაშლის არსებული მეთოდების გამოყენების შედეგად მოლეკულების ახალ, შემთხვევით ნარევებს ვღებულობდით, რომლების შემდგომი გამოყენება მხოლოდ გაწმენდის რთული მეთოდების გამოყენების შემდეგ ხდებოდა შესაძლებელი. მეცნიერის თქმით, პრობლემა ისაა, რომ „ვერ გააკონტროლებ, თუ რომელ ჯაჭვის ნაწილში გაირღვევა ნახშირბადი მოლეკულაში.“
მკვლევრებისთვის სასიამოვნო სიურპრიზი აღმოჩნდა, როდესაც გაირკვა, რომ კობალტის ნანო-ნაწილაკების შემცველ კატალიზატორს, რომელიც მიკრო-ფორული მასალის – ცეოლიტის, საფუძველზეა დამზადებული, სხვადასხვა ტიპის პლასტმასის პოლიმერების მოლეკულების სტაბილური გარღვევა შეუძლია, რის შედეგადაც მათი უმრავლესობა პროპანად გარდაიქმნება.
ცეოლიტები დასერილია ფორებით, რომლების დიამეტრიც ნანომეტრზე ნაკლებია (რაც პოლიმერული ჯაჭვების სიგანეს შეესაბამება). ამიტომაც ლიგიკური იქნებოდა ვარაუდი, რომ ცეოლიტსა და პოლიმერებს შორის არანაირი ურთიერთქმედება იქნებოდა. მეცნიერების გასაკვირად სხვანაირად აღმოჩნდა: პოლიმერის ჯაჭვები არამხოლოდ შედიან ცეოლიტის ფორებში, არამედ კობალტსა და ცეოლიტის მჟავე მონაკვეთებს შორის მიმდინარე ქიმიური რეაქციების წყალობით კონკრეტულ წერტილში შეუძლიათ პოლიმერის ჯაჭვის გარღვევა. აღმოჩნდა, რომ ეს რღვევის წერტილი შეესაბამება პროპანის მხოლოდ ერთი მოლეკულის გამოყოფას, არასასურველი მეთანის წარმოუქმნელად, რაც სხვა უფრო გრძელ ნახშირბადებს პროცესის ახლიდან გავლის საშუალებას აძლევს.
„ერთი შენაერთის – პროპანის – მიღებით ვამცირებთ ზეწოლას შემდგომ ნახშირბადების გაყოფაზე,-“ ამბობს რომან-ლეშკოვი. „სწორედ ამის გამო მიგვაჩნია ეს აღმოჩენა ესოდენ მნიშვნელოვნად. ჩვენ არამხოლოდ ვარღვევთ პოლერების მოლეკულებს, არამედ ერთ საბოლოო პროდუქტს ვღებულობთ ამ პროცესის დასასრულს, რომელსაც მრავალი სხვა პროდუქტებისა და პროცესებისთვის გამოვიყენებთ.“
მეცნიერის თქმით, ზემოხსენებული პროცესებისთვის საჭირო მასალები – ცეოლიტი და კოპალტი – „საკმაოდ იაფია“, თუმცა მათი მოპოვება გართულებულია, რადგან ძირითადი ექსპორტიორი პრობლემური რეგიონი – კონგოს დემოკრატიული რესპუბლიკა – გახლავთ. კოპალტის ზოგიერთი ახალი საბადოს გახსნა ამჟამად მიმდინარეობს კანადაში, კუბაზე და სხვა რეგიონებშიც. ქიმიური პროცესისთვის საჭირო სხვა ელემენტია წყალბადი. დღესდღეობით მას ძირითადად წიაღისეული საწვავიდან მოიპოვებენ. თუმცა წყალბადის მიღება ადვილად შესაძლებელია სხვა გზებითაც, მაგალითად წყლის ელექტროლიზის მეშვეობით უნახშირბადო ელექტროენერგიის გამოყენებით, როგორიცაა მაგალითად მზის და ქარის ენერგია.
მკვლევარებმა გამოსცადეს თავიანთი სისტემა შერეულ, გადამუშავებულ პლასტმასზე და სანუგეშო შედეგები მიიღეს. თუმცა საჭიროა დამატებითი ცდების ჩატარება უფრო მეტად მრავალფეროვან მასალაზე, რათა დადგინდეს, თუ რამდენად ხდება საბოლოო პროდუქტის დაბინძურება სხვადასხვა მინარევებით, როგორებიცაა მელანი, წებო, პლასტმასის ბოთლებზე მიმაგრებული სხვადასხვა ეტიკეტები და მრავალი სხვა არაპლასტმასის მასალები. საჭიროა დადგინდეს, თუ რა ზეგავლენას ახდენენ ასეთი პროდუქტები პროცესზე გრძელვადიან პერსპექტივაში.
კოლეგებთან ერთად NREL-დან MIT-ის სპეციალისტები განაგრძობენ პროცესის ეკონომიკის ანალიზს, თუ როგორ შეიძლება მისი ინტეგრაცია პლასტმასისა და შერეული ნაგვის გადამუშავების თანამედროვე მეთოდებში. „ყველაფერზე პასუხი ჯერჯერობით არ გვაქვს,“ – ამბობს რომან-ლეშკოვი, მაგრამ პროცესი პერსპექტიულად გამოიყურება.
კვლევით ჯგუფს შეუერთდნენ ამანი ებრაჰიმი და საიმონ ბეარი SLAC-ის ეროვნული აქსელერატორების ლაბორატორიიდან; ცძე ჟუ, ანა ბრენერი, გრიფინ დრეიკი და ჯული რორერი მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური უნივერსიტეტიდან; გრეგ ბექჰემი აღდგენადი ენერგიის წყაროების ეროვნული ლაბორატორიიდან. სამეცნიერო კვლევას მხარს უჭერენ აშშ-ს ენერგეტიკის სამინისტრო (DoE), შვეიცარიის ეროვნული სამეცნიერო კვლევითი ფონდი, აშშ-ს ენერგეტიკის სამინისტროსთან არსებული ენერგოეფექტურიბისა და ენერგიის აღდგენადი წყაროების სამმართველო, პერსპექტიული წარმოების სამმართველო (AMO) და ბიოენერგეტიკული ტექნოლოგიების სამმართველო (BETO) კონსორციუმის Bio-Optimized Technologies ფარგლებში.
სტატიაზე მუშაობდა : ლილიან მეტრეველი და დეა კუსიანი
წყარო : news.mit.edu
10 ნოემბერი 2022 წელი.