Förpackningar som juicepåsar är gjorda med bundna lager av metall som aluminium, och olika typer av plast, vilket gör dem nästan omöjliga att återvinna. Eftersom endast 1-3 procent av sådana förpackningar samlas in för återvinning, mat- och dryckesbehållare är bland de 5 bästa som finns på stränder och kuster. För att lösa det här problemet, forskare från University of Pittsburgh föreslår att man manipulerar polyetenmolekyler för att designa lager som var och en kan utföra en specifik funktion, skapa en helt återvinningsbar PE-produkt. Kredit:henkel-diagrams.com
Varje år förorenar mer än åtta miljoner ton plast havet, bildar mammut, så kallade "skräplappar" via starka strömmar. Även med nya insamlingsmetoder, endast 0,5 procent av den volymen avlägsnas för närvarande från haven. En lösning på denna växande kris är att förhindra plast från att bli avfall till att börja med – och forskare från University of Pittsburghs Swanson School of Engineering är ett av fem internationella team som belönats för sina nya lösningar på detta problem.
Idag på World Economic Forums årsmöte i Davos, Ellen MacArthur Foundation och NineSigma tillkännagav vinnarna av Circular Materials Challenge. Vinnarna får var och en $200, 000 del av priset på 1 miljon dollar. Tillsammans med vinnarna av den tidigare 1 miljon dollar Circular Design Challenge förra oktober, dessa innovationer kommer att gå med i ett 12-månaders acceleratorprogram i samarbete med Think Beyond Plastic, arbeta med experter för att göra deras innovationer marknadsförbara i stor skala.
Pitt-teamet representerar Swanson Schools avdelning för kemi- och petroleumteknik, och inkluderar Eric Beckman, Distinguished Service Professor och meddirektör för universitetets Mascaro Center for Sustainable Innovation, biträdande professor Susan Fullerton, och docent Sachin Velankar. Gruppen var en av två vinnare i kategori 1:"Gör icke-återvinningsbara förpackningar återvinningsbara, " och föreslår att man använder nanoteknik för att skapa ett återvinningsbart material som kan ersätta komplexa flerskiktsförpackningar – som efterliknar hur naturen använder bara ett fåtal molekylära byggstenar för att skapa en enorm variation av material.
"Under de senaste åren hade jag med intresse noterat att industrier som bilindustrin, hushållsapparater, och till och med aluminiumburkar förvandlade sina affärsmodeller från traditionella produkter till tjänster, där varor är utformade för att återvinnas och återanvändas, " sa doktor Beckman. "Däremot, den kemiska industrins paradigm har, i 150 år, varit kort livslängd och engångsbruk. Faktiskt, en studie fann att USA bara återvinner nio procent av sitt plastavfall, långt efter Europa (30 procent) och Kina (25 procent). 1
"Eftersom enkla plaster är sammansatta av molekyler som kan manipuleras för att utföra olika funktioner, Jag undrade om vi kunde förvandla en molekyl från en produkt till tjänst, med de mest intressanta tillämpningarna av detta är textilier och förpackningar."
Enligt Dr. Beckman, nuvarande förpackningslager för livsmedelsprodukter och dryckesbehållare är gjorda av flera olika material som ansvarar för att bibehålla färskhet, blockerar UV-ljus, hålla bläck för märkning, etc. Eftersom den initiala tillverkningsprocessen, skikten kan inte lätt separeras och kan därför inte återvinnas.
Pitt-teamets lösning är att ändra nanostrukturen hos polyeten – enkel plast – för att efterlikna egenskaperna hos andra komplexa material (som PET, EVOH, eller till och med aluminium) i nuvarande laminatförpackningar. Eftersom den grundläggande kemin för varje lager skulle förbli polyeten, förpackningarna kan sedan samlas in med annan plast och återvinnas med traditionella metoder, ta bort det från avfallsflödet.
Vikten av att minska och återanvända plast är tydlig:enligt stiftelsens rapport 2016 New Plastic Economy, år 2050 förväntas haven innehålla mer plast än fisk (i vikt), och hela plastindustrin kommer att förbruka 20 procent av den totala oljeproduktionen, och 15 procent av den årliga koldioxidbudgeten.
Wendy Schmidt, Ledande filantropisk partner för stiftelsens initiativ New Plastics Economy, noterade, "De tekniska innovationer som utvecklats av våra vinnare är precis vad som behövs för att börja ta itu med det slösaktiga materialkulturen från det senaste århundradet som skapar ökande mängder mikroplast och plastskräp på våra strandlinjer, i våra hav, soptippar och till och med våra egna kroppar."
"Att skapa återvinningsbara förpackningar är en av de tuffaste utmaningarna om vi vill skapa en sann cirkulär ekonomi i USA, eftersom tiotals miljoner ton förpackningsavfall går direkt till deponin varje år, " Dr. Beckman sa. "Vi hoppas att vår design inte bara kan sätta en ny standard för högpresterande och återvinningsbar plast, men kommer att stimulera människor att tänka på andra sätt på vilka vi kan omvandla molekylära produkter till tjänster genom att spegla naturen och dra nytta av nanostrukturbyggstenar."
