Plast finns överallt i människors liv. Än, när föremål som innehåller plast har fullgjort sina uppdrag, endast en liten mängd återvinns till nya produkter, som ofta är av lägre kvalitet jämfört med originalmaterialet. Och, Att omvandla detta avfall till högvärdiga kemikalier kräver avsevärd energi. Nu, forskare som rapporterar i ACS' JACS Au har kombinerat en rutenium-kolkatalysator och mild, reaktionsförhållanden med lägre energi för att omvandla plast som används i flaskor och andra förpackningar till bränslen och kemiskt råmaterial.

Global produktion av robusta, engångsplast för leksaker, steril medicinsk förpackning, och mat- och dryckesbehållare ökar. Polyolefinpolymerer, såsom polyeten och polypropen, är den vanligaste plasten som används i dessa produkter eftersom polymerernas molekylära strukturer – långa, raka kedjor av kol- och väteatomer – gör material mycket hållbara. Det är svårt att bryta ned kol-till-kol-bindningarna i polyolefiner, dock, så energikrävande procedurer med höga temperaturer, från 800 till 1400 F, eller det behövs starka kemikalier för att bryta ner och återvinna dem. Tidigare studier har visat att ädelmetaller, som zirkonium, platina och rutenium, kan katalysera processen att dela isär kort, enkla kolvätekedjor och komplicerade, växtbaserade ligninmolekyler vid måttliga reaktionstemperaturer som kräver mindre energi än andra tekniker. Så, Yuriy Román-Leshkov och kollegor ville se om metallbaserade katalysatorer skulle ha en liknande effekt på fasta polyolefiner med långa kolvätekedjor, sönderdela dem till användbara kemikalier och naturgas.

Forskarna utvecklade en metod för att reagera enkla kolvätekedjor med väte i närvaro av ädel- eller övergångsmetallnanopartiklar under milda förhållanden. I sina experiment, rutenium-kol nanopartiklar omvandlade över 90 % av kolvätena till kortare föreningar vid 392 F. Sedan, teamet testade den nya metoden på mer komplexa polyolefiner, inklusive en kommersiellt tillgänglig plastflaska. Trots att proverna inte förbehandlats, som är nödvändigt med nuvarande energikrävande metoder, de bröts helt ned till gasformiga och flytande produkter med denna nya metod. I motsats till nuvarande nedbrytningsmetoder, reaktionen kunde trimmas så att den gav antingen naturgas eller en kombination av naturgas och flytande alkaner. Forskarna säger att implementering av deras metod kan bidra till att minska mängden efterkonsumtionsavfall på deponier genom att återvinna plast till önskvärt, mycket värdefulla alkaner, även om det behövs teknik för att rena produkterna för att göra processen ekonomiskt genomförbar.