นักวิทยาศาสตร์ปรับปรุงกระบวนการเปลี่ยนขยะพลาสติกที่รีไซเคิลยากเป็นเชื้อเพลิง

ไพโรไลซิสเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนแก่พลาสติกในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจน ทำให้วัสดุแตกตัวและสร้างเชื้อเพลิงเหลวหรือก๊าซใหม่ในกระบวนการ อย่างไรก็ตาม การใช้งานเชิงพาณิชย์ในปัจจุบันอาจทำงานได้ต่ำกว่าขนาดที่จำเป็นหรือสามารถจัดการกับพลาสติกบางประเภทเท่านั้น นักวิทยาศาสตร์กล่าว Hilal Ezgi Toraman ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมพลังงานและวิศวกรรมเคมีแห่ง Penn State กล่าวว่า "เรามีความเข้าใจที่จำกัดมากเกี่ยวกับไพโรไลซิสแบบผสมพลาสติก "การทำความเข้าใจผลกระทบปฏิสัมพันธ์ระหว่างโพลิเมอร์ที่แตกต่างกันระหว่างการรีไซเคิลขั้นสูงเป็นสิ่งสำคัญมาก ในขณะที่เรากำลังพยายามพัฒนาเทคโนโลยีที่สามารถรีไซเคิลพลาสติกที่เป็นของเสียจริงได้" นักวิทยาศาสตร์ดำเนินการไพโรไลซิสร่วมของพลาสติกสองประเภทที่พบมากที่สุด ได้แก่ โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE) และโพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต (PET) พร้อมกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่แตกต่างกันเพื่อศึกษาผลกระทบระหว่างพลาสติก พวกเขาพบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาหนึ่งตัวอาจเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการแปลงขยะ LDPE และ PET แบบผสมให้เป็นเชื้อเพลิงเหลวที่มีค่า ตัวเร่งปฏิกิริยาคือวัสดุที่เพิ่มเข้าไปในไพโรไลซิสที่สามารถช่วยเหลือกระบวนการ เช่น การเหนี่ยวนำให้พลาสติกแตกตัวแบบเฉพาะเจาะจงและที่อุณหภูมิต่ำลง "งานประเภทนี้สามารถช่วยให้เราสามารถให้แนวทางหรือคำแนะนำแก่อุตสาหกรรมได้" Toraman ซึ่งเป็นคณะของ Virginia S. และ Philip L. Walker Jr. ในแผนกวิศวกรรมพลังงานและแร่ของตระกูล John and Willie Leone ที่ Penn กล่าว สถานะ. "สิ่งสำคัญคือต้องค้นหาว่าการทำงานร่วมกันแบบใดระหว่างวัสดุเหล่านี้ระหว่างการรีไซเคิลขั้นสูง และประเภทการใช้งานที่เหมาะสมก่อนที่จะขยายขนาด" พลาสติก LDPE และ PET มักพบในบรรจุภัณฑ์อาหาร ซึ่งมักจะประกอบด้วยชั้นของวัสดุพลาสติกที่แตกต่างกันซึ่งได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อให้ผลิตภัณฑ์มีความสดและปลอดภัย แต่ยังยากต่อการรีไซเคิลด้วยกระบวนการแบบดั้งเดิม เนื่องจากต้องแยกชั้น ซึ่งเป็นกระบวนการที่มีราคาแพง Toraman กล่าวว่า "ถ้าคุณต้องการ รีไซเคิล พวกมัน คุณต้องแยกชั้นเหล่านั้นออกจากกัน และอาจทำอะไรบางอย่างกับสตรีมเดี่ยว" Toraman กล่าว "แต่ไพโรไลซิสสามารถจัดการกับมันได้ ดังนั้นมันจึงเป็นตัวเลือกที่สำคัญมาก มันไม่ง่ายเลยที่จะหาเทคนิคที่สามารถยอมรับความซับซ้อนยุ่งเหยิงของวัสดุพลาสติกต่างๆ เหล่านี้ได้" ขั้นตอนแรกในการพัฒนากระบวนการไพโรไลซิสเชิงพาณิชย์ใหม่นั้นขึ้นอยู่กับความเข้าใจเชิงกลไกที่ดีขึ้นว่าของผสมขยะพลาสติกแบบไดนามิกย่อยสลายและโต้ตอบอย่างไร นักวิทยาศาสตร์กล่าว นักวิทยาศาสตร์ดำเนินการไพโรไลซิสบน LDPE และ PET แยกจากกันและร่วมกัน และสังเกตผลอันตรกิริยาระหว่างโพลิเมอร์ทั้งสองระหว่างการทดสอบกับตัวเร่งปฏิกิริยาแต่ละตัวจากสามตัวที่พวกเขาใช้ นักวิทยาศาสตร์ได้รายงานการค้น พบนี้ในวารสารReaction Chemistry & Engineering "เราเห็นผลิตภัณฑ์ที่สามารถเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการใช้น้ำมันเบนซิน" Toraman กล่าว ทีมงานยังได้พัฒนาแบบจำลองจลนพลศาสตร์ที่สามารถจำลองผลอันตรกิริยาที่สังเกตได้ในระหว่างการไพโรไลซิสร่วมของ LDPE และ PET กับตัวเร่งปฏิกิริยาแต่ละตัวได้อย่างแม่นยำ แบบจำลองจลนศาสตร์พยายามทำนายพฤติกรรมของระบบและมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจว่าทำไมปฏิกิริยาจึงเกิดขึ้น กลุ่มวิจัยของ Toraman มุ่งเน้นไปที่การทำการทดลองภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดไว้อย่างดีและมีการควบคุมอย่างดี เพื่อทำความเข้าใจผลกระทบที่เกิดขึ้นระหว่างการรีไซเคิลขั้นสูงของพลาสติกผสมและกลไกการเกิดปฏิกิริยาที่สอดคล้องกัน Toraman กล่าวว่า "การศึกษาอย่างเป็นระบบและพื้นฐานเกี่ยวกับการทำความเข้าใจเส้นทางปฏิกิริยาและการพัฒนาแบบจำลองจลนพลศาสตร์เป็นขั้นตอนแรกสู่การปรับกระบวนการให้เหมาะสม "หากเราไม่มีแบบจำลองจลนพลศาสตร์ที่ถูกต้อง กลไกการเกิดปฏิกิริยาของเราถูกต้อง หากเราขยายขนาดสำหรับโรงงานต้นแบบหรือการดำเนินงานขนาดใหญ่ ผลลัพธ์ก็จะไม่ถูกต้อง" Toraman กล่าวว่าเธอหวังว่าการวิจัยจะนำไปสู่ความรับผิดชอบต่อสิ่งแวดล้อมที่ดีขึ้นในการฟื้นฟู การประมวลผล และการใช้ประโยชน์จากทรัพยากรโลก การวิเคราะห์ทั่วโลกของพลาสติกที่ผลิตจำนวนมากทั้งหมดพบว่ามีการผลิตพลาสติกใหม่ทั้งหมด 8.3 พันล้านเมตริกตันทั่วโลกจนถึงปัจจุบัน ในปี 2558 ขยะพลาสติก 79% ซึ่งมีสารเคมีอันตรายจำนวนมากถูกทิ้งให้สะสมในหลุมฝังกลบหรือสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ โดยมีการเผาประมาณ 12% และรีไซเคิลเพียง 9% “สิ่งที่เราทำย่อมดีกว่าไม่ทำอะไรเลย” Toraman กล่าว “เราจำเป็นต้องรวมพลาสติกเหล่านั้นเข้าสู่ระบบเศรษฐกิจอีกครั้ง เพื่อให้มีเศรษฐกิจหมุนเวียน มิฉะนั้นพวกมันจะลงเอยด้วยการฝังกลบ ชะล้างสารพิษที่อาจเป็นพิษลงสู่ดินและน้ำ หรือทำให้มหาสมุทรปนเปื้อน ดังนั้นการทำบางสิ่ง การหามูลค่า จะดีกว่า ปัจจุบันพลาสติกถูกมองว่าเป็นของเสียเพราะเราถือว่าทรัพยากรที่มีค่าเหล่านี้เป็นของเสีย"