En forskargrupp vid Chalmers tekniska högskola, Sverige, har utvecklat en effektiv process för att bryta ned eventuellt plastavfall till molekylär nivå. De resulterande gaserna kan sedan omvandlas tillbaka till ny plast – av samma kvalitet som originalet. Den nya processen kan förvandla dagens plastfabriker till återvinningsraffinaderier, inom ramen för deras befintliga infrastruktur.

Det faktum att plast inte bryts ner, och därför ackumuleras i våra ekosystem, är ett av våra stora miljöproblem. Men på Chalmers, en forskargrupp ledd av Henrik Thunman, Professor i energiteknik, ser plastens motståndskraft som en tillgång. Det faktum att det inte försämras gör det möjligt för cirkulär användning, skapa ett verkligt värde för använd plast, och därför en ekonomisk drivkraft att samla in den.

"Vi får inte glömma att plast är ett fantastiskt material – det ger oss produkter som vi annars bara kunde drömma om. Problemet är att det tillverkas till så låg kostnad, att det har varit billigare att tillverka ny plast av olja och fossil gas än att återanvända plastavfall, säger Henrik Thunman.

Nu, genom att experimentera med kemisk återvinning via ångkrackning av plast, forskarna har utvecklat en effektiv process för att förvandla använd plast till plast av ny kvalitet.

"Genom att hitta rätt temperatur - som är runt 850 grader Celsius - och rätt uppvärmningshastighet och uppehållstid, vi har kunnat demonstrera den föreslagna metoden i en skala där vi förvandlar 200 kg plastavfall i timmen till en användbar gasblandning. Det kan sedan återvinnas på molekylär nivå för att bli nya plastmaterial av jungfrulig kvalitet, säger Henrik Thunman.

Försöken utfördes på Chalmers Power Central-anläggning i Göteborg.

2015, runt 350 miljoner ton plastavfall genererades över hela världen. Totalt, 14 procent samlades in för materialåtervinning – 8 procent återvanns till plast av lägre kvalitet, och 2 procent till plast av liknande kvalitet som originalet. Omkring 4 procent gick förlorade i processen.

Övergripande, cirka 40 procent av det globala plastavfallet 2015 behandlades efter insamling, främst genom förbränning för energiåtervinning eller volymreduktion – utsläpp av koldioxid i atmosfären.

Resten – cirka 60 procent – ​​gick till deponi. Endast cirka 1 procent lämnades oinsamlade och läckte ut i naturliga miljöer. Även om endast en liten andel, detta representerar ändå ett betydande miljöproblem, eftersom mängden plastavfall totalt sett är så hög, och eftersom den naturliga nedbrytningen av plast är så långsam, det ackumuleras med tiden.

Den nuvarande modellen för återvinning av plast tenderar att följa vad som kallas "avfallshierarkin". Detta innebär att plasten bryts ned upprepade gånger, att sänka och sänka kvaliteten innan de slutligen bränns för energiåtervinning.

"Istället för det här, vi fokuserade på att fånga upp kolatomerna från den insamlade plasten och använda dem för att skapa ny plast av originalkvalitet – det vill säga, tillbaka till toppen av avfallshierarkin, skapa verklig cirkuläritet."

I dag, helt ny plast tillverkas genom att splittra fossila olje- och gasfraktioner i en anordning som kallas "knäckare" i petrokemiska anläggningar. Inuti kexen, byggstenar som består av enkla molekyler skapas. Dessa kan sedan kombineras i många olika konfigurationer, vilket resulterar i den enorma variation av plast vi ser i vårt samhälle.

För att göra samma sak från insamlad plast, nya processer måste utvecklas. Det Chalmersforskarna nu presenterar är de tekniska aspekterna på hur en sådan process skulle kunna utformas och integreras i befintliga petrokemiska anläggningar, på ett kostnadseffektivt sätt. Så småningom, denna typ av utveckling skulle kunna möjliggöra en enormt betydande omvandling av dagens petrokemiska anläggningar till framtidens återvinningsraffinaderier.

Forskarna fortsätter sitt arbete med processen.

"Vi går nu vidare från de första försöken, som syftade till att visa processens genomförbarhet, att fokusera på att utveckla mer detaljerad förståelse. Denna kunskap behövs för att skala upp processen från några ton plast om dagen, till hundratals ton. Det är då det blir kommersiellt intressant, säger Henrik Thunman.

Mer om Chalmersforskarnas metod och dess potential

Processen är tillämplig på alla typer av plast som härrör från vårt avfallssystem, inklusive de som historiskt har lagrats på deponier eller till havs.

Det som gör det nu möjligt att använda insamlad och sorterad plast i storskaliga petrokemiska anläggningar är att en tillräcklig mängd material samlas in, vilket innebär att växterna teoretiskt sett kan behålla samma effekt. Dessa anläggningar kräver cirka 1-2 miljoner ton sorterat plastavfall per år för att konvertera för att matcha de produktionsnivåer de för närvarande härrör från olja och fossil gas.

Sveriges totala mängd plastavfall var 2017 cirka 1,6 miljoner ton. Endast cirka 8 procent av detta återvanns till plast av lägre kvalitet.

Chalmersforskarna ser därför en möjlighet att skapa en cirkulär användning av plast i samhället, samt befria oss från behovet av olja och fossil gas för att producera olika högkvalitativa plaster.

"Cirkulär användning skulle bidra till att ge använd plast ett verkligt värde, och därmed en ekonomisk drivkraft för att samla in den var som helst på jorden. I tur och ordning, detta skulle hjälpa till att minimera utsläpp av plast i naturen, och skapa en marknad för insamling av plast som redan har förorenat den naturliga miljön, säger Henrik Thunman.

Biobaserade material som är uttjänta, som papper, trä och kläder skulle också kunna användas som råvara i den kemiska processen. Det skulle innebära att vi successivt skulle kunna minska andelen fossila material i plast. Vi skulle också kunna skapa negativa nettoutsläpp, om även koldioxid fångas upp i processen. Visionen är att skapa ett hållbart, cirkulärt system för kolbaserade material.