Plastikler modern yaşam standartlarının sağlanmasına yardımcı olurken, çöplüklerdeki ve genel çevredeki birikimleri küresel bir sorun olarak büyümeye devam ediyor.
Polietilen tereftalat (PET), şişe, gıda ambalajı ve giyim elyafı üretiminde her yıl on milyonlarca ton üretilen, dünyanın en yaygın kullanılan plastiklerinden biridir. PET’i bu kadar kullanışlı kılan dayanıklılık aynı zamanda verimli bir şekilde geri dönüşümün daha zor olduğu anlamına da geliyor.
Artık araştırmacılar, ısı veya sert kimyasallar yerine mekanik kuvvetleri kullanarak PET’i parçalayacak bir yöntem geliştirdiler. Dergide yayınlandı KimyaBulgular, “mekanokimyasal” bir yöntemin (çarpışma gibi mekanik kuvvetler tarafından yönlendirilen kimyasal reaksiyonların) PET’i nasıl hızlı bir şekilde temel yapı taşlarına dönüştürebileceğini ve daha hızlı, daha temiz geri dönüşüme doğru bir yol açabileceğini gösteriyor.
Doktora sonrası araştırmacı Kinga Gołąbek ve Georgia Tech Kimya ve Biyomoleküler Mühendislik Okulu’ndan Profesör Carsten Sievers liderliğindeki araştırma ekibi, bilyalı değirmen adı verilen bir makinede deneyimleyeceği kuvvetle aynı kuvvetle katı PET parçalarına metal toplarla vurdu.
Bu, PET’in sodyum hidroksit (NaOH) gibi diğer katı kimyasallarla reaksiyona girmesini sağlayarak, tehlikeli solventlere ihtiyaç duymadan plastiğin kimyasal bağlarını oda sıcaklığında kırmaya yetecek kadar enerji üretmesini sağlayabilir.
Sievers, “Mekanik etkilerin, plastiklerin kontrol edilebilir ve verimli bir şekilde orijinal moleküllerine ayrıştırılmasına yardımcı olabileceğini gösteriyoruz” dedi. “Bu, plastiklerin geri dönüşümünü daha sürdürülebilir bir sürece dönüştürebilir.”
Etkiyi haritalamak
Süreci gösterirken araştırmacılar, çarpışmalardan kaynaklanan enerjinin plastik boyunca nasıl dağıldığını ve kimyasal ve yapısal dönüşümleri nasıl tetiklediğini haritalamak için kontrollü tek darbeli deneylerin yanı sıra gelişmiş bilgisayar simülasyonlarını da kullandılar.
Bu deneyler, farklı basınç ve ısıya maruz kalan küçük bölgelerde PET’in yapısında ve kimyasında değişiklikler olduğunu gösterdi. Ekip, bu dönüşümlerin haritasını çıkararak, mekanik enerjinin nasıl hızlı, verimli kimyasal reaksiyonları tetikleyebileceğine dair yeni bilgiler elde etti.
Gołąbek, “Bu anlayış, mühendislerin daha hızlı, daha temiz ve enerji açısından daha verimli endüstriyel ölçekte geri dönüşüm sistemleri tasarlamasına yardımcı olabilir” dedi.
Plastiği parçalamak
Her çarpışma, merkezin en fazla enerjiyi emdiği küçük bir krater yarattı. Bu bölgede plastik gerildi, çatladı ve hatta hafifçe yumuşadı; böylece sodyum hidroksitle kimyasal reaksiyonlar için ideal koşullar yaratıldı.
Yüksek çözünürlüklü görüntüleme ve spektroskopi, normal sıralı polimer zincirlerinin krater merkezinde düzensiz hale geldiğini, bazı zincirlerin ise daha küçük parçalara ayrılarak reaktantlara maruz kalan yüzey alanının arttığını ortaya çıkardı. Sodyum hidroksit olmasa bile, mekanik etki tek başına küçük zincir kırılmalarına neden oldu ve bu da mekanik kuvvetin kendisinin kimyasal değişimi tetikleyebileceğini gösterdi.
Çalışma ayrıca her darbenin sağladığı enerji miktarının önemini de gösterdi. Düşük enerjili çarpışmalar PET’i yalnızca biraz rahatsız eder, ancak daha güçlü darbeler çatlaklara ve plastik deformasyona neden olarak hızlı kimyasal parçalanma için sodyum hidroksit ile reaksiyona girebilecek yeni yüzeyleri açığa çıkarır.
Sievers, “Bu enerji eşiğini anlamak, mühendislerin mekanokimyasal geri dönüşümü optimize etmesine, verimliliği en üst düzeye çıkarırken gereksiz enerji kullanımını en aza indirmesine olanak tanıyor” diye açıkladı.
Plastik atıklarla ilgili döngüyü kapatıyoruz
Bu bulgular, plastiklerin geri dönüştürülmesi veya atılması yerine tamamen orijinal yapı taşlarına geri dönüştürülebileceği bir geleceğe işaret ediyor. Isı veya sert kimyasallar yerine mekanik enerjiden yararlanılarak geri dönüşüm daha hızlı, daha temiz ve enerji açısından daha verimli hale gelebilir.
Sievers, “Bu yaklaşım plastik atıklarla ilgili döngüyü kapatmaya yardımcı olabilir” dedi. “Günlük plastiklerin mekanokimyasal olarak işlendiği, atıklara tekrar tekrar yeni bir hayat kazandıran ve çevresel etkiyi azaltan geri dönüşüm sistemlerini hayal edebiliyoruz.”
Ekip şimdi gerçek dünyadaki atık akışlarını test etmeyi ve benzer yöntemlerin diğer geri dönüşümü zor plastikler için işe yarayıp yaramayacağını araştırmayı ve mekanokimyasal geri dönüşümü endüstriyel kullanıma yaklaştırmayı planlıyor.
Gołąbek, “Her yıl üretilen milyonlarca ton PET ile geri dönüşüm verimliliğinin artırılması, plastik kirliliğini önemli ölçüde azaltabilir ve dünya çapında ekosistemlerin korunmasına yardımcı olabilir” dedi.
