"Vikten av denna forskning är att identifiera och utveckla de billigaste och mest effektiva sätten att återvinna PET", säger McNeely, som studerar kemiteknik, "Det finns en tydlig allmänhetens önskan att använda produkter tillverkade av återvunnet material, men om det återvunna Material kostar mycket mer än jungfruligt material, då är det mindre troligt att folk köper det återvunna materialet."

McNeely och Liu undersökte depolymerisationsvägar med etylenglykol, metanol eller vatten för att producera monomerer som kan renas från tillsatser, föroreningar och färgämnen i plastavfall och sedan omvandlas tillbaka till återvunnen PET-polymer.

Före deras studie fokuserade det mesta av arbetet med kemisk depolymerisation av PET endast på kemiaspekten. Men denna forskning ger en grundlig bedömning av termodynamik, kemi, rening, avfallshantering och hållbar design av PET-depolymerisationsprocesser.

Forskargruppen skapade en komplett simuleringsmodell av fyra depolymerisationsprocesser som kvantifierar mass- och energibalanserna tillsammans med energibehov och koldioxidutsläpp, vilket är en kvantitativ grund för industriutövare som är intresserade av dess depolymerisering för att vidareutveckla hållbara depolymerisationsprocesser.

"Det finns många olika sätt att depolymerisera PET och det finns tre som aktivt utvecklas för kommersiellt bruk, och vi visar hur dessa olika metoder jämförs ur en kemisk bearbetningssynpunkt", sa McNeely.

Deras arbete föreslår också nyckelområden för forskare att fokusera på för att på ett meningsfullt sätt främja plaståtervinning och tillåta ny återvinningsteknik att vara kommersiellt genomförbar.

"En av de största utmaningarna med mekanisk återvinning är att vissa färgämnen och föroreningar inte kan tas bort," sa McNeely. "Mycket ansträngning måste göras vid sortering och rengöring av avfalls-PET som kan återvinnas mekaniskt.

"Att omvandla polymeren till en monomer öppnar upp ett antal reningsvägar och gör att PET-avfall av teoretiskt sett vilken kvalitet som helst kan återvinnas. Det öppnar också för möjligheten att återvinna andra PET-material såsom förpackningar och textilier, som faktiskt utgör majoriteten av PET. slutanvändning."

Det finns många företag som aktivt utvecklar PET-kemisk återvinningsteknik, varav ett är Eastman Chemical Co. Eastman har byggt den första storskaliga depolymeriseringsenheten i USA med hjälp av metanolys i Kingsport, Tennessee.

"Det är viktigt att traditionella kemiföretag som Eastman arbetar med den här tekniken. Dessa företag har tillgång till stora mängder kapital för att bygga storskaliga processer och har kunskap och erfarenhet för att utveckla och driva processer effektivt och tillförlitligt, vilket är viktigt för att framväxande återvinningstekniker ska överleva, särskilt under turbulenta marknadsförhållanden, säger McNeely.

"Detta är en läglig och betydelsefull, tankeväckande studie", säger Joseph Bays, licensieringsteknikansvarig för företaget. "Jag är ett fan av innovationen för värmeintegrering för att spara energiförbrukning, och några andra innovativa funktioner i studien om hållbar design."

Med tanke på det globala sammanhanget för PET-återvinning, sa McNeeley att sådana ansträngningar borde föra med sig en nivå av brådska.

"Plast härrör för närvarande från fossilbränslebaserade råvaror. Svängningar i plastpriser och relativt låga priser på fossila bränslen tenderar att döda plaståtervinningsarbetet eftersom det är svårt att tjäna pengar", sade han.

"Det finns en ändlig mängd fossila bränslen och priserna kommer så småningom att stiga i takt med att resursen blir knappare. Det är här plaståtervinningsinsatserna blir tillförlitligt lönsamma, samtidigt som plasten förhindras från att bli extremt dyr när vi övergår till att använda råmaterial som härrör från icke-fossila bränslen. "

Mer information: Adam McNeely et al, Bedömning av PET-depolymerisationsprocesser för cirkulär ekonomi. 2. Processdesignalternativ och processmodelleringsutvärdering för metanolys, glykolys och hydrolys, Industriell &teknisk kemiforskning (2024). DOI:10.1021/acs.iecr.3c04001

Journalinformation: Industriell &teknisk kemiforskning

Tillhandahålls av Virginia Tech