Verwendung elektrifizierter raumzeitlicher Erwärmung zur Depolymerisierung von Kunststoffen

Bericht vom 27. April 2023

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von Bob Yirka, Phys.org

Ein Team aus Ingenieuren und Materialwissenschaftlern, die mit mehreren Institutionen in den USA verbunden sind, hat eine neue Methode zur Depolymerisierung von Kunststoffen mithilfe elektrifizierter raumzeitlicher Erwärmung entwickelt. In ihrem in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Artikel beschreibt die Gruppe das neue Verfahren und seine Effizienz. Nature hat in derselben Zeitschriftenausgabe auch ein Research Briefing veröffentlicht, in dem die Arbeit des Teams beschrieben wird.

In den letzten Jahren ist die Plastikverschmutzung zu einem großen Problem geworden, sowohl für die Umwelt als auch für die Gesundheit von Pflanzen und Tieren, einschließlich des Menschen, und Wissenschaftler suchen nach Möglichkeiten, sie zu recyceln. Die meisten der bisher entwickelten Techniken beinhalten den Einsatz von Chemikalien zur Depolymerisierung von Kunststoffen. Allerdings sind diese Bemühungen mit Renditen zwischen 10 und 25 % immer noch äußerst ineffizient. Bei dieser neuen Anstrengung hat das Team einen Weg gefunden, gepulsten Strom zu nutzen, um den Ertrag auf etwa 36 % zu steigern.

Der Ansatz beinhaltete die Entwicklung eines neuartigen Reaktors mit einer porösen Kohlenstofffilzdoppelschicht und einer gepulsten elektrischen Heizung an der Oberseite. In ihrem Reaktor werden Kunststoffteile geschmolzen, während sie der oberen Kammer zugeführt werden und als Masse in eine untere Kammer fließen, wo das Material durch den Filzfilter gedrückt wird. Mit steigender Temperatur beginnt sich der Kunststoff dann zu zersetzen. Wenn die Moleküle, aus denen der Kunststoff besteht, kleiner werden, nimmt ihre Flüchtigkeit zu, bis sie als Gas aus dem Reaktor ausgestoßen werden, wodurch mehr Flüssigkeit angesaugt werden kann. Die Verwendung von Elektrizität zum Erhitzen des Kunststoffs ermöglicht eine Temperaturschwankung, was einfachere Depolymerisationsreaktionen ermöglicht Vorrang vor Nebenreaktionen haben, die zur Depolymerisation zusätzliches Erhitzen erfordern.

Neben der verbesserten Effizienz verbraucht der neue Ansatz aufgrund der oszillierenden statt konstanten Wärmequelle weniger Energie. Das Team stellt fest, dass das System durch die Nutzung erneuerbarer Energiequellen umweltfreundlicher gestaltet werden könnte. Sie stellen fest, dass ihr Reaktor neben einigen Aromaten auch andere Materialien wie Acetylen, Methan und einige größere Moleküle ausstößt. Sie erkennen auch an, dass mehr Arbeit erforderlich ist, um die Menge an Kohlenstoff zu reduzieren, die während der Reaktionen freigesetzt wird.

Mehr Informationen: Qi Dong et al., Depolymerisation von Kunststoffen mittels elektrifizierter raumzeitlicher Erwärmung, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05845-8

Benjamin Thompson et al., Eine intelligentere Art, Kunststoffe einzuschmelzen?, Nature (2023). DOI: 10.1038/d41586-023-01348-8

Zeitschrifteninformationen:Natur

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