Polietilenin ileri dönüştürülmesine yönelik yeni yöntem, naylon hammaddesi olarak seri üretime uygun

Kimyasal olarak poliamid olarak bilinen naylonun, şimdiye kadar olduğu gibi petrolden ziyade gelecekte plastik atıklardan büyük ölçekte üretilebilmesi, çevreye ve iklime büyük fayda sağlayacaktır. Rostock’taki LIKAT’ta bu yaklaşımı izleyen kimyagerler, tüm plastik atıkların ana bileşeni olan polietileni seçici olarak naylon için kimyasal öncüller olarak hizmet edebilecek dikarboksilik asitlere dönüştürmeyi başardılar.

Reaksiyon ılımlı koşullar altında ilerler ve bir katalizöre bile ihtiyaç duymaz. Amaç pilot tesis ölçeğinde bir süreç geliştirmektir. Bu amaçla ekip seçiciliği artırmayı ve reaksiyon mekanizmalarını aydınlatmayı hedefliyor.

Piroliz artık sürdürülebilir değil

Her yerde bulunan plastik torbalarda kullanılan malzeme olan polietilen, polipropilen ile birlikte plastik atıkların beşte dördünü, yani dünya çapında yıllık tahmini 400 milyon mt’u oluşturmaktadır. Leibniz Kataliz Enstitüsü (LIKAT) grup lideri Dr. Esteban Mejía’nın açıkladığı gibi, piroliz bu poliolefinlerin kimyasal olarak geri dönüştürülmesi için yerleşik bir yöntem haline geldi. “Plastik 600°C’ye kadar sıcaklıklarda kontrollü bir şekilde yakılıyor.”

Sonuç gerçekten “yüksek kaliteli yağ” olsa ve süreç herhangi bir CO₂ yaymasa da, tüketilen muazzam enerji miktarı, pirolizin öyle büyük bir CO₂ ayak izi bıraktığı anlamına geliyor ki, çevre otoriteleri alarm veriyor. ABD’de piroliz tesisleri zaten kapatılıyor.

Bir araç olarak reaktif oksijen türleri

Bu da alternatif sorununu gündeme getiriyor. Mejía, araştırmacıların tıpkı piroliz gibi oksidatif olarak çalışan bir takım katalitik süreçlerin farkında olduklarını söylüyor. “Bu işlemlerde polietilen yüzeyinde ROS dediğimiz reaktif oksijen türü oluşuyor.” Kimyagerlerin artık bildiği gibi, önemli olan tam da bu türlerdir. Mejía şöyle diyor: “ROS polietileni kimyasal olarak parçalıyor. Esasen malzemeyi aşındırıyorlar.”

Ancak bu reaksiyon yüksek basınç gerektirir ve bu da prosesi patlayıcı hale getirir. “Pratik bir ölçeğe kolayca ölçeklendirilemez.” Ayrıca, katalizörler değerli metallere dayalıdır, bu da tüm süreci pahalı hale getirir ve aynı zamanda uçucu hammadde pazarına bağımlı hale getirir.

Mejía’nın grubu, literatür taraması sırasında, 180°C’de ve mikrodalgada yüksek konsantrasyonlu nitrik asit kullanmak da dahil olmak üzere spesifik olmayan zincir uzunluklarına sahip polietilen dikarboksilik asit üreten meslektaşlarından raporlar buldu. Mejía, “Bunlar oldukça zorlu süreçler” diyor, “ancak nitrik asit yolunu daha da ileriye götürme ve süreci basitleştirme fikri ilgimizi çekti.”

Daha basit şu anlama gelir: Seyreltilmiş ve H₂O₂ kullanılmış

Nisan 2026’dan bu yana, doktora sonrası araştırmacı Dr. Satyajit Panda, Rostock Üniversitesi’nden bir yüksek lisans öğrencisinin geçici olarak yardım ettiği konu üzerinde çalışıyor. Mejía’nın ifadesiyle, daha fazla araştırma, deneme yanılma yoluyla grup en sonunda basit bir tepkiye ulaştı. Etkisi büyüleyiciydi: “Bir plastik torbanın parçalarını yüksek oranda seyreltilmiş nitrik asit ve hidrojen peroksit içeren bir test tüpüne koyuyorsunuz, karışımı maksimum 120°’ye ısıtıyorsunuz ve polietilenin çözünmesini izliyorsunuz.”

Ancak reaksiyonun kontrol edilmesi daha az basittir. Mejía, “Belirli bir ısı girdisi rejimini sürdürmek önemlidir” diye açıklıyor. Bunun nedeni polietilenin dikarboksilik asite dönüştürülmesinin birkaç aşama içermesidir. Ara ürünlere çok fazla zaman verilirse reaksiyon optimumun altında ilerler ve sonuçta karmaşık bir karışım elde edilir.

Seçicilik ve reaksiyon mekanizması

Dikarboksilik asit, değişen uzunluklarda karbon atomu zincirlerinden oluşur. Önceki yayınlar, zincir uzunlukları 2 ila 40’tan fazla karbon atomu arasında değişen reaksiyon sonuçları hakkında rapor veriyor. Mejía, “Yazarlar bunu sabun üretiminde yüzey aktif madde olarak kullandılar” diyor. Ancak Rostock kimyagerlerinin hedef ürünü, daha çok naylon olarak bilinen poliamid için uygun bir başlangıç ​​malzemesidir. Tam olarak altı karbon atomundan oluşan zincir uzunluğuna sahip dikarboksilik asit bu amaç için uygundur. Bu da reaksiyonun seçiciliği ve herhangi bir ayırma prosesi üzerinde daha yüksek talepler doğurur.

LIKAT kimyagerleri, deneylerinde ürünlerinin zincir uzunluğunu dört ila 10 karbon atomuna kadar daraltmayı başardılar. Rostock Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü’nden Dr. Udo Kragl ile işbirliği yaparak bunu daha da geliştirmeyi umuyorlar. Diğer şeylerin yanı sıra bu amaçla proje finansmanı için başvuruda bulundular.

Bu projede ayrıca reaksiyon mekanizmasını aydınlatmak için LIKAT’taki analistlerle birlikte çalışmayı planlıyorlar: Mejía’nın açıkladığı gibi öncelikli amaç, “reaksiyon sürecinde hangi ara maddelerin, ne zaman ve ne kadar hızlı oluştuğunu” belirlemektir. Ayrıca Ekvador’daki Guayaquil Üniversitesi’nden, fotokimyasal deneylerde ışığın ROS’un (reaktif oksijen türleri) işlevi üzerindeki etkisini araştıran bir meslektaşıyla da işbirliği yapıyorlar.

Seri üretilen bir ürün için hammadde olarak çöp

Dünya çapında tahminen 8 milyon metrik ton poliamid üretiliyor ve petrolün birincil hammaddesi kullanılıyor. Polietilenin kimyasal olarak ileri dönüştürülmesi olasılığı ile plastik atıkların büyük bir kısmı alternatif bir hammadde olarak kullanılabilir. Mejía, “Naylon üretimi için büyük ölçekli işleme, çevresel etkiyi azaltacak ve sektörü bu alandaki fosil hammaddelerden bağımsız hale getirecektir.”

Dr. Mejía’nın grubu şu anda dergide yayınlanmak üzere bir makale hazırlıyor. Amerikan Kimya Derneği Dergisi. Ayrıca araştırma bulgularını Aralık ayında Güneydoğu Asya Kataliz Konferansında sunmaları için Singapur’dan bir davet aldılar.