När vi började använda plast för cirka 70 år sedan, inte mycket tanke - om någon - ägnades åt konsekvenserna av deras livslängd och det faktum att det kan ta århundraden att brytas ned. Följaktligen, eftersom plast har diversifierats och blivit lättare att tillverka, planeten strävar nu över cirka 8,3 miljarder ton saker - nästan varje bit plast som någonsin producerats - utan tillräckligt med teknik eller incitament för att krympa den växande högen. Plast är billigare och lättare att producera och slänga än att återvinna.

UC Santa Barbara-forskarna Susannah Scott och Mahdi Abu-Omar är redo att förändra detta decennier gamla paradigm. Hur? Med en gryta, lågtemperatur-katalytisk metod som ger upp till polyeten-en polymer som finns i ungefär en tredjedel av all plast som produceras, med ett globalt värde på cirka 200 miljarder dollar årligen-till högvärdiga alkylaromatiska molekyler som är grunden för många industrikemikalier och konsumentprodukter. Att tillföra värde till det som annars skulle bli skräp kan göra återvinning av plastavfall till en mer attraktiv och praktisk strävan med ett miljömässigt fördelaktigt resultat.

"Här är en möjlig lösning, "sa Scott, som tillsammans med sina kollegor nu har publicerat sin forskning i tidskriften Vetenskap . Deras ansträngning, Hon sa, är en i en växande lista över möjliga åtgärder som kan vidtas för att göra plastens linjära, ödslig ekonomi till en mer hållbar, cirkulär.

"Detta är en demonstration av vad som kan göras, " Hon sa.

Ett andra liv för plastavfall

Det går inte att förneka att modern existens är mycket skyldig till plast, från förpackningen som håller maten färsk, till de sterila material som används i medicinska applikationer, till det billiga, lätta delar som passar in i många av våra prisvärda, hållbara varor.

"Det finns många positiva saker om plast som vi måste ha i sikte, "sa Scott, professor i kemi och kemiteknik vid UC Santa Barbara, som innehar UCSB Mellichamp -stolen i hållbar katalytisk bearbetning. "På samma gång, vi inser att det finns en riktigt allvarlig fråga om livets slut, vilket är en oavsiktlig konsekvens. "

Den egenskap som gör plast så användbar är också det som gör dem så beständiga, forskarna förklarade. Det är deras kemiska inertitet - de reagerar i allmänhet inte på andra komponenter i sin miljö. Plaströr rostar inte eller läcker ut i vattentillförseln, plastflaskor kan lagra frätande kemikalier, plastbeläggningar kan motstå höga temperaturer.

"Du kan sätta ett av dessa rör i marken och hundra år senare kan du gräva upp det och det är exakt samma rör och det håller ditt vatten helt säkert, "Sa Scott.

Men denna tröghetskvalitet gör också att plast är mycket långsam att bryta ner naturligt och mycket energikrävande för att göra det artificiellt.

"De är gjorda av kol-kol, och kol-vätebindningar, och de är mycket svåra att återvinna kemiskt, "förklarade professor i kemiteknik Abu-Omar, som specialiserat sig på energikatalys och innehar UCSB Mellichamp -stolen i grön kemi. Även om mycket forskningsinsats har ägnats åt att lära sig hur man reducerar plast till sina grundkomponenter för hållbarhetsändamål, energikostnaden "har plågat fältet länge, "sa forskarna. Även fördelen med att omvandla dessa byggstenar till högvärdiga molekyler är begränsad när det är billigare att göra detsamma från utvunnen petroleum.

"Å andra sidan, om vi direkt kunde omvandla polymererna till dessa molekyler med högre värde och helt stänga av högenergisteget att gå tillbaka till dessa byggstenmolekyler, då har vi en högvärdig process med ett lågt energifotavtryck, "Sa Scott.

Den innovativa tankegången gav en ny tandemkatalytisk metod som inte bara skapar högvärdiga alkylaromatiska molekyler direkt från avfallspolyetenplast, det gör det effektivt, till låg kostnad och med ett lågt energibehov.

"Vi sänkte temperaturen på omvandlingen med hundratals grader, "Sa Scott. Konventionella metoder, enligt tidningen, kräver temperaturer mellan 500 och 1000 ° C för att bryta ner polyolefinkedjorna i små bitar och sätta ihop dem till en blandning av gas, vätska och koks, medan den optimala temperaturen för denna katalytiska process svävar i närheten av 300 ° C. Det relativt milda reaktionstillståndet hjälper till att bryta ner polymerer på ett mer selektivt sätt till en majoritet av större molekyler inom ett smörjmedelsintervall, forskarna förklarade. "Och, vi förenklade antalet steg i processen eftersom vi inte gör flera transformationer, "Sa Scott.

Dessutom, processen kräver inget lösningsmedel eller tillsatt väte, bara en platina på aluminiumoxid (Pt/Al2O3) katalysator för en tandemreaktion som båda bryter de hårda kol-kolbindningarna, och omarrangerar polymerens molekylära "skelett" för att bilda strukturer med de karakteristiska sexsidiga ringarna-högvärdiga alkylaromatiska molekyler som finner utbredd användning i lösningsmedel, målar, smörjmedel, tvättmedel, läkemedel och många andra industri- och konsumentprodukter.

"Det är svårt att bilda aromatiska molekyler från små kolväten, "lade till tidningens huvudförfattare Fan Zhang." Här, under aromatisk bildning från polyolefiner, väte bildas som en biprodukt och används vidare för att skära polymerkedjorna för att göra hela processen gynnsam. Som ett resultat, vi får långkedjiga alkylaromater, och det är det fascinerande resultatet. "

Denna metod representerar en ny riktning i plastens livscykel, en där avfallspolymerer kan bli värdefulla råvaror istället för att hamna på deponier, eller värre, i vattenvägar och andra känsliga livsmiljöer.

"Detta är ett exempel på att ha en andra användning, där vi kunde göra dessa råvaror mer effektivt och med bättre miljöpåverkan än att göra dem från petroleum, "Sade Abu-Omar. Forskning måste fortfarande bedrivas för att se var och hur denna teknik skulle vara mest effektiv, men det är en strategi som kan hjälpa till att minska ansamlingen av plastavfall, återfå sitt värde och kanske minska vårt beroende av petroleum som plast kommer från.

"Vi gräver ett hål i marken, vi producerar, vi gör, vi använder, vi slänger, "Sa Abu-Omar." Så på ett sätt, detta bryter verkligen det sättet att tänka. Det finns intressant vetenskap att göra här som leder oss till nya upptäckter, nya paradigmer och nya sätt att göra kemi. "