Tím vedcov z University of Delaware predstavil prelomový katalyzátor, ktorý dokáže rýchlejšie a efektívnejšie premieňať plastový odpad na kvapalné palivá. Tento objav prináša nový pohľad na problém globálne rastúcej plastovej záťaže a zároveň otvára cestu k udržateľnej výrobe energií.

„Namiesto toho, aby sme nechali plasty hromadiť sa ako odpad, upcyklácia ich chápe ako tuhé palivá, ktoré možno premeniť na užitočné kvapalné palivá a chemikálie. Ponúka tak rýchlejšie, efektívnejšie a ekologickejšie riešenie,“ vysvetlila hlavná autorka štúdie Dongxia Liu, profesorka chemického a biomolekulárneho inžinierstva na College of Engineering. Téme sa venoval Interesting Engineering.

MXeny otvárajú cestu polymérom

Proces, ktorý tím využil pri premene plastov na palivo, sa nazýva hydrogenolýza. Spočíva v použití vodíka a katalyzátora na rozklad polymérov v plastoch na kvapalné palivá využiteľné v doprave či priemysle. Klasické katalyzátory si však s veľkými molekulami polymérov poradia len ťažko, čo obmedzuje ich účinnosť.

Preto sa vedci obrátili na MXeny, teda nanomateriály tvorené dvojrozmernými vrstvami. Ako vysvetlil prvý autor štúdie Ali Kamali, doktorand chemického a biomolekulárneho inžinierstva, problémom bolo, že tieto vrstvy sú uložené na sebe ako stránky knihy. „Uzavretá kniha sťažuje roztavenému plastu, aby sa ľahko pohyboval cez štruktúru, čo obmedzuje kontakt s katalyzátorom,“ objasnil.

Riešením sa stali tzv. mezoporézne MXeny. Tím medzi jednotlivé vrstvy vložil silikátové piliere, čím otvoril priestor pre jednoduchší pohyb polymérov. Následne materiál obohatil o ruténium a testoval na polyetyléne s nízkou hustotou (LDPE), bežne používanom v nákupných taškách či fóliách.

University of Delaware

Rýchlejšia reakcia, kvalitnejšie palivo

V malom tlakovo uzavretom reaktore zmiešali vedci LDPE s katalyzátorom a vodíkom a zmes zahriali na hustý sirup. Nový katalyzátor takmer zdvojnásobil rýchlosť reakcie v porovnaní s predchádzajúcimi metódami hydrogenolýzy LDPE. Zároveň preukázal vysokú selektivitu, keďže produkoval kvapalné palivá efektívne a s minimom vedľajších produktov, akým je napríklad metán. Liu pripisuje tento úspech stabilizácii nanočastíc ruténia v štruktúre MXenov.

„Podarilo sa nám vyvinúť materiál, ktorý nielen urýchľuje premenu, ale zároveň zlepšuje kvalitu výsledných palív. Tento pokrok ukazuje potenciál nanostruktúrovaných mezoporéznych katalyzátorov pre efektívnu upcykláciu plastov,“ dodala Liu.

Plasty ako zdroj energie budúcnosti

Ďalším cieľom tímu je zdokonaliť katalyzátor a vytvoriť knižnicu MXenových materiálov, ktoré by boli prispôsobené rôznym typom plastov. Vedci zároveň plánujú spolupracovať s priemyselnými partnermi, aby sa plastový odpad stal hodnotným zdrojom palív a chemikálií, ktoré prospejú nielen životnému prostrediu, ale aj lokálnym ekonomikám.

Na štúdii sa podieľali aj ďalší odborníci z katedry chemického a biomolekulárneho inžinierstva University of Delaware vrátane postdoktoranda Songa Lua a viacerých doktorandov. Výsledky boli publikované v prestížnom vedeckom časopise Chem Catalysis

Čítajte viac z kategórie: Ekológia