Detaljbild av återvunnen plast. Kredit:Patrick Campbell / University of Colorado Boulder
En dag inom en inte alltför avlägsen framtid kan plasten i våra satelliter, bilar och elektronik alla leva sitt andra, 25:e eller 250:e liv.
Ny forskning från University of Colorado Boulder, publicerad i Nature Chemistry , beskriver hur en klass av hållbara plaster som ofta används inom flyg- och mikroelektronikindustrin kan brytas kemiskt ner till sina mest grundläggande byggstenar och sedan formas till samma material igen.
Det är ett stort steg i utvecklingen av reparerbara och helt återvinningsbara nätverkspolymerer, ett särskilt utmanande material att återvinna, eftersom det är designat för att behålla sin form och integritet i extrem värme och andra svåra förhållanden. Studien dokumenterar hur denna typ av plast ständigt kan brytas ner och göras om, utan att offra dess önskade fysiska egenskaper.
"Vi tänker utanför ramarna, om olika sätt att bryta kemiska bindningar", säger Wei Zhang, huvudförfattare till studien och ordförande för kemiavdelningen. "Våra kemiska metoder kan bidra till att skapa ny teknik och nya material, samt användas för att lösa den befintliga plastmaterialkrisen."
Deras resultat tyder också på att ett återbesök av andra plastmaterials kemiska strukturer kan leda till liknande upptäckter av hur man helt kan bryta ner och återuppbygga deras kemiska bindningar, vilket möjliggör cirkulär produktion av fler plastmaterial i våra dagliga liv.
I mitten av 1900-talet antogs plast överallt i nästan alla branscher och delar av livet eftersom de är extremt bekväma, funktionella och billiga. Men ett halvt sekel senare, efter exponentiell efterfrågan och produktion, utgör plast ett stort problem för planetens och människors hälsa. Produktionen av plast kräver stora mängder olja och förbränning av fossila bränslen. Engångsplast skapar hundratals miljoner ton avfall varje år, som hamnar på deponier, hav och till och med i våra kroppar, i form av mikroplast.
Återvinning är därför nyckeln till att minska plastföroreningar och utsläpp av fossila bränslen detta århundrade.
Konventionella återvinningsmetoder bryter mekaniskt ner polymerer till pulver, bränner dem eller använder bakteriella enzymer för att lösa upp dem. Målet är att sluta med mindre bitar som kan användas till något annat. Tänk på skor gjorda av återvunna gummidäck eller kläder gjorda av återvunna vattenflaskor av plast. Det är inte samma material längre, men det hamnar inte på en soptipp eller i havet.
Men tänk om du kunde bygga om ett nytt föremål från samma material? Tänk om återvinning inte bara erbjöd plast ett andra liv, utan en återkommande upplevelse?
Det är precis vad Zhang och hans kollegor har åstadkommit:De vände om en kemisk metod och upptäckte att de både kan bryta och bilda nya kemiska bindningar i en särskilt högpresterande polymer.
"Denna kemi kan också vara dynamisk, kan vara reversibel och den bindningen kan reformeras", sa Zhang. "Vi funderar på ett annat sätt att bilda samma ryggrad, bara från olika utgångspunkter."
De gör detta genom att bryta polymeren - "poly" som betyder "många" - tillbaka till singulära monomerer, dess molekyler, ett koncept av reversibel eller dynamisk kemi. Det som är speciellt nytt med den här senaste metoden är att den inte bara har skapat en ny klass av polymermaterial som, precis som Legos, är lätta att bygga, bryta isär och bygga om om och om igen, utan metoden kan appliceras på befintliga, särskilt hårda- för att återvinna polymerer.
Dessa nya kemiska metoder är också redo för kommersialisering och kan plug and play med nuvarande industriell produktion.
"Det kan verkligen gynna framtida design och utveckling av plaster att inte bara skapa nya polymerer, utan det är också mycket viktigt att veta hur man konverterar, återanvänder och återvinner äldre polymerer", säger Zhang. "Genom att använda vårt nya tillvägagångssätt kan vi förbereda många nya material - av vilka några kan ha liknande egenskaper som plasten i vårt dagliga liv."
Detta framsteg inom återvinning av plast med sluten krets är inspirerad av den naturliga världen, eftersom både växter, djur och människor för närvarande är en del av ett cirkulärt system för återvinning på planeten, säger Zhang.
"Varför kan vi inte göra våra material på samma sätt?" + Utforska vidare
