Svet bojuje s plastmi aj nedostatkom vody. Vedci prišli s nečakaným objavom, ktorý rieši oba problémy

Hromadiaci sa plastový odpad patrí k najzávažnejším environmentálnym problémom modernej civilizácie, no materiáloví vedci preň našli nečakané uplatnenie. Tím odborníkov z Viedenskej univerzity vyvinul inovatívny postup, vďaka ktorému dokáže premeniť bežné vyradené plasty na funkčné polymérne siete schopné zachytávať vodu priamo z okolitého vzduchu. Nové zistenia publikované v odbornom časopise Chem Circularity dáva syntetickému odpadu druhý život v podobe vysokoúčinných adsorbentov pre atmosferický zber vlahy.

Získavanie pitnej vody zo vzduchu predstavuje sľubnú stratégiu pre suché a odľahlé oblasti, kde chýbajú tradičné sladkovodné zdroje. Doterajšie komerčné adsorbenty však často narážajú na vysoké výrobné náklady a zložitú syntézu, čo bráni ich masovému nasadeniu v krízových regiónoch. Rakúski chemici však ukázali, že kľúč k riešeniu sucha sa môže nachádzať priamo v komunálnom odpade a moderných recyklačných technológiách.

Premena plastového odpadu na molekulárne špongie

Základom novej metódy je chemická úprava vybraných druhov plastov, ktoré obsahujú takzvané aromatické polyméry. Ich molekulárna štruktúra sa vyznačuje prítomnosťou stabilných kruhov tvorených šiestimi atómami uhlíka. Uhlíkové kruhy slúžia ako ideálne väzbové miesta, pomocou ktorých je možné jednotlivé polymérne reťazce pevne previazať do priestorovej siete.

Výskumníci tento proces dosiahli metódou takzvaného hyperzosieťovania, čím v materiáli vytvorili mikroskopickú pórovitú architektúru s obrovským vnútorným povrchom. Následné ošetrenie koncentrovanou kyselinou sírovou obohatilo povrch pórov o funkčné sulfónové skupiny. Práve tieto chemické skupiny pôsobia ako magnet na molekuly vzdušnej vlhkosti a dokážu ich naviazať aj v prostredí s relatívne nízkou vlhkosťou.

Do experimentov výskumníci zapojili širokú škálu bežného odpadu vrátane polystyrénových prepravných obalov, starých kompaktných diskov z polykarbonátu a opotrebovaných kociek stavebnice LEGO vyrobených z kopolymeru ABS. Vo všetkých prípadoch sa im podarilo pretvoriť pôvodný syntetický materiál na vysoko hydrofilnú molekulárnu špongiu bez nutnosti jeho predchádzajúceho rozkladu na monoméry.

Ilustračný obrázok (ChatGPT)

Pôsobivá kapacita aj v nehostinných púštnych podmienkach

Najvýraznejšie výsledky dosiahol materiál odvodený z bežného polystyrénu, ktorý sa masovo využíva pri výrobe jednorazového riadu či krabičiek na nosiče CD. Testy preukázali, že špongia dokáže vo vlhkom prostredí absorbovať takmer 60 % vody vzhľadom na svoju vlastnú hmotnosť. Ešte pozoruhodnejší je fakt, že v extrémne suchých podmienkach pripomínajúcich púštnu klímu materiál stále dokázal naviazať úctyhodných 20 % vody.

Nemenej dôležitý je aj proces následného uvoľňovania naakumulovanej tekutiny, ktorý nevyžaduje energeticky náročné technológie. Zachytenú vodu možno z materiálu získať späť pôsobením mierneho tepla, pričom plne postačuje aj prirodzené slnečné žiarenie. Prevažná väčšina celého cyklu naviazania a opätovného uvoľnenia vlahy prebehne v priebehu jedinej hodiny.

Laboratórne merania zároveň potvrdili, že pripravené polymérne lapače vynikajú vysokou mechanickou stabilitou a odolnosťou voči degradácii. Materiál bez straty účinnosti zvláda opakované cykly saturácie a vysúšania, čo potvrdzuje jeho praktickú využiteľnosť v dlhodobom horizonte. Výskumníci navyše úspešne otestovali aj zmes rôznych druhov plastov, čím eliminovali nutnosť náročného separovania.

Gemini

Výzvy spojené s prechodom do reálnej priemyselnej praxe

Napriek mimoriadnym výsledkom v laboratórnom meradle čaká celý projekt ešte dlhá cesta pred integráciou do komerčných zariadení. Prechod z kontrolovaných akademických podmienok do reálneho sveta si vyžiada podrobné vyhodnotenie variability vstupných surovín a ich prípadnej chemickej kontaminácie. Otázkou zostáva aj efektívna recyklácia použitých chemických činidiel a rozpúšťadiel v priemyselnom meradle.

Chemici musia rovnako presne vyčísliť celkové výrobné náklady a ekologické dosahy spojené s manipuláciou s agresívnou kyselinou sírovou. Zariadenia budú musieť dlhodobo odolávať poveternostným vplyvom, prachu a mechanickému namáhaniu pri nepretržitej prevádzke pod otvoreným nebom.

Výskum z Viedne však jednoznačne definuje udržateľnú cestu cirkulárnej ekonomiky, ktorá súčasne rieši krízu znečistenia a akútny nedostatok vlahy. Schopnosť spracovať netriedený plastový mix otvára dvere k lacným autonómnym zariadeniam, ktoré by v rozvojových regiónoch zabezpečovali lokálny prístup k vode. Vedci v súčasnosti pokračujú v optimalizácii celého procesu a hľadajú partnerov pre praktické testy.

Čítajte viac z kategórie: Ekológia