Polietylen niskiej gęstości (z ang. low-density polyethylene, LDPE) to termoplastyczne tworzywo, stosowane najczęściej do produkcji plastikowych toreb. Naukowcy z Centurion University of Technology and Management oraz National Institute of Technology (Orissa) w Indiach zaprezentowali ciekawy sposób konwersji polimerowych odpadów LDPE na płynne paliwo, przebiegający w stosunkowo niskiej temperaturze.
Setki tysięcy ton plastikowych odpadów wyrzucanych nie tylko na wysypiska, rujnuje środowisko naturalne i zagraża zdrowiu ludzi i zwierząt. Foliowa torebka, która służy nam głównie do przeniesienia zakupów ze sklepu do domu, ląduje w koszu zaraz po spełnieniu swojego zadania. Wiele “jednorazówek” wyrzucanych jest również do mórz i oceanów, powodując śmierć setek wodnych żyjątek. Ogólnoświatowy problem zwrócił uwagę środowisk akademickich i przemysłu w stronę recyklingu. Ponowne wykorzystanie nadmiernej ilości tanich odpadów z tworzyw sztucznych jest inicjatywą ograniczającą rozpraszanie odpadów w naturze. Badacze z Indii, od kilku lat zajmujący się tym zagadnieniem, opracowali tym razem efektywną metodę przetwarzania pozostałości z LDPE na paliwo. Szczegółowe wyniki badań zostaną opublikowane w lutym 2014 roku w czasopiśmie International Journal of Environment and Waste Management.
LDPE produkowany jest w procesie wysokociśnieniowej polimeryzacji rodnikowej z monomeru etylenu (C2H4). Jego gęstość jest zdefiniowana w zakresie 0,910-0,940 g/cm^3. Pomimo konkurencji ze strony bardziej nowoczesnych polimerów, LDPE nadal stanowi ważną klasę tworzyw sztucznych. Stosowany jest do produkcji różnych pojemników, butelek, rurek, komponentów komputerowych, wyposażenia laboratoryjnego i medycznego, a w szczególności toreb i reklamówek. Inżynierowie pracujący nad opłacalną technologią przekształcania LDPE na paliwo, wzięli pod uwagę, iż większość polimerów pozyskiwana jest z wyrobów petrochemicznych (głównie podczas rafinacji ropy naftowej). Przedstawione przez nich rozwiązanie pozwala na zamknięcie cyklu życiowego produktu i ponowne jego wykorzystanie jako substytut ropy naftowej. Jeśli proces uda się zrealizować na wystarczająco dużą skalę, zapewni on nie tylko redukcję ilości odpadów na wysypiskach. Może stanowić doskonałą odpowiedź na rosnące zapotrzebowanie na ropę, której zasoby naturalne ulegają regularnemu zmniejszaniu.
W swojej metodzie, naukowcy poddali próbki odpadów z polietylenu o niskiej gęstości rozkładowi termicznemu – krakingowi termiczno-katalitycznemu w zakresie temperatur od 400 do 500°C, pod ciśnieniem atmosferycznym, w obecności katalizatora kaolinowego. Kraking termiczno-katalityczny polega na kontrolowanym rozkładzie długich węglowodorów, na związki o krótszych łańcuchach węglowych, takich jakie występują w benzynie i oleju napędowym. Kaolin jest ilastą skałą osadową, złożoną przede wszystkim z minerału kaolinitu (Al2Si2O5(OH)4) wraz z domieszką miki, kwarcu itp. Właściwości fizykochemiczne takie jak plastyczność, lepkość oraz właściwości katalityczne uzależnione są przed wszystkim od wielkości ziaren i ich powierzchni właściwej. W tym przypadku, duże rozdrobnienie zapewniało odpowiednią powierzchnię reaktywną, która wiązała powstające molekuły polimerowe. Zespół zoptymalizował proces w temperaturze 450°C, ponieważ zużycie katalizatora było najmniejsze w stosunku do wydajności i czasu reakcji (proporcja 1:2 kaolinu do polimeru). Wcześniej wymienione parametry zapewniały uzyskanie około 0,71 kg płynnego paliwa z kilograma odpadów LDPE. Oprócz tego produktami ubocznymi były gazy palne i parafina. Pozostałe próby przeprowadzono odpowiednio w temperaturze 400°C (wytworzono 0,31 kg) oraz 500°C (0,87 kg). Ostatnia reakcja, o najwyższej wydajności wykazała jednak zwiększone zapotrzebowanie na katalizator, co czyniło ją nieopłacalną.
W celu scharakteryzowania mieszaniny powstałej w optymalnej temperaturze, naukowcy wykorzystali technikę chromatografii gazowej sprzężonej ze spektrometrią mas, która pozwala m.in. uzyskanie jakościowych informacji o rozdzielanych związkach oraz zapewnia możliwość badań ilościowych. Wyniki testów potwierdziły, że składniki występujące w stanie ciekłym to głównie alkany i alkeny, o długościach łańcuchów w zakresie od 10 do 16 atomów węgla. Według naukowców, płynne paliwo wytworzone z LDPE było bardzo podobne pod względem chemicznym do składu paliw pozyskiwanych tradycyjnymi metodami.
Źródło:
[1] Achyut Kumar Panda, Raghubansh Kumar Singh. Thermo-catalytic degradation of low density polyethylene to liquid fuel over kaolin catalyst. International Journal of Environment and Waste Management, 2014; 13 (1): 104 DOI: 10.1504/IJEWM.2014.058803
[2] http://www.inderscience.com/offer.php?id=58803 [29.01.2014]
[3] http://www.examiner.com/article/how-plastic-grocery-bags-can-get-turned-into-fuel-for-cars [29.01.2014]
[4] http://sciencespot.co.uk/put-a-plastic-bag-in-your-tank.html [29.01.2014]
[5] http://en.wikipedia.org/wiki/Low-density_polyethylene [29.01.2014]
[6] bag by velkr0, flickr.com, CC BY 2.0