Ingenjörer har utformat ett nytt sätt att återvinna polystyren som kan bli det första gångbara sättet att göra materialet återanvändbart. Den kemiska metoden som identifierats för att ta itu med svåråtervinningsbart förpackningsmaterial, minska avfall från deponi
Teamet av kemiingenjörer, baserat vid University of Bath i Storbritannien och Worcester Polytechnic Institute i Massachusetts, USA, säger att deras teknik kan vara den första som gör återvinning av polystyren både ekonomiskt lönsam och energieffektiv.
Förklaras i en ny forskningsartikel publicerad i Chemical Engineering Journal , använder tekniken en kemisk process som kallas pyrolys för att bryta ner polystyren till delar som kan omvandlas till nya delar av materialet.
Dr Bernardo Castro-Dominguez, universitetslektor i kemiteknik vid University of Bath och meddirektör för Center for Digital, Manufacturing &Design (dMaDe), säger, "Kemiska återvinningstekniker är ett stort fokus inom kemiteknik. nu, och kostnads- och energieffektiva sätt att bryta ned plast till sina primära byggstenar, såsom polystyren, behövs omgående.
"Mindre än 5 % av polystyrenen återvinns för närvarande – vårt arbete visar att så mycket som 60 % av all polystyren som används idag skulle kunna ersättas med kemiskt återvunnen styren."
Michael Timko, Ph.D., professor i kemiteknik vid Worcester Polytechnic Institute, tillägger:"Vår analys finner att polystyren är en idealisk kandidat för en kemisk återvinningsprocess. Överraskande nog är processen energieffektiv och potentiellt ekonomiskt konkurrenskraftig. I termer av utsläpp, har investeringar i denna process potential att motsvara enkla åtgärder som energibesparing när det gäller mängden utsläppsminskningar som kan uppnås för en given investering."
Polystyren kan återvinnas kemiskt med hjälp av värme, men upprepade behandlingar försämrar materialet, vilket gör att det tappar styrka och flexibilitet. Eftersom denna process kräver specialiserade anläggningar, accepterar de flesta återvinningscentraler inte polystyren - och på grund av dess bulk innebär höga transportkostnader att den sällan flyttas till dessa anläggningar. Följaktligen återvinns mycket lite polystyren för närvarande.
Pyrolys innebär att ett material utsätts för mycket höga temperaturer (över 450°C) i en syrefri kammare, vilket innebär att det inte kan antändas. Istället bryts polystyrenen ner till delar som kallas monomerer, som sedan kan renas och därefter rekonstitueras till ny polystyren. Att skapa ett kilo av det nya materialet kräver mindre än 10 megajoule energi – ungefär tillräckligt för att driva en typisk mikrovågsugn i cirka 30 minuter.
Den identifierade processen involverar en pyrolysreaktor, värmeväxlare och ett par destillationskolonner, som separerar delarna av polystyren till styren av "monomerkvalitet" - den del som kan omvandlas till polystyren - och "lätt" och "tung" petroleum. som biprodukter, som kan återanvändas på andra sätt.
Processen har ett utbyte på 60 % – vilket innebär att om 1 kg använd polystyren användes, skulle 600 gram 99 % ren monomerstyren lämnas tillgänglig för att generera ny polystyren, vilket minskar användningen av fossila bränslen. Detta arbete belyser också miljöfördelarna och noterar att kostnaden för att minska mängden koldioxidutsläpp genom implementeringen av denna process är cirka 1,5 USD per ton CO2 , betydligt lägre än många andra återvinningsprocesser.
Forskarna säger att politik för att uppmuntra konsumenter att återvinna polystyren, eller avleda den från deponi, skulle bidra till att göra processen ännu mer ekonomiskt attraktiv.
Mer information: Madison R. Reed et al, Termodynamisk och ekonomisk analys av en utplacerbar och skalbar process för att återvinna styren av monomerkvalitet från avfallspolystyren, Chemical Engineering Journal (2024). DOI:10.1016/j.cej.2024.152079
Journalinformation: Chemical Engineering Journal
Tillhandahålls av University of Bath
