Sedan början av 1950 -talet har människor har producerat mer än 8,3 miljarder ton plast - vikten på cirka en miljard elefanter. Cirka 60% av den plasten har hamnat på en deponi eller i den naturliga miljön, enligt FN:s miljöprogram, men det mönstret kan börja förändras när reparations- och återvinningstekniken ökar takten.

"Över hela världen, utmaningen (för en cirkulär ekonomi) återstår att etablera innovativa processer för återvinning av plastavfall, "sa Costas Charitidis, professor vid National Technical University of Athens, Grekland.

Materialet, härrör från fossila bränslen, är en viktig del av det moderna livet - används i allt från livsmedelsförpackningar till komponenter i datorer - men brist på återvinning och korrekt kassering har försämrat produktionen, användning och konsumtion. Som en del av sin cirkulära ekonomi -plaststrategi, Europeiska unionen har åtagit sig att minska plastavfall och har förbjudit export av icke-sorterat plastavfall till främmande länder.

Men för att minska plastavfall, regeringar och företag kommer att behöva ny teknik för att klara den ganska komplexa uppgiften att återvinna eller reparera olika typer av plast.

I stort sett, plast är syntetiska och halvsyntetiska material som består av polymerer, som är långa kedjor av upprepande molekyler, och det finns tusentals olika typer av plast. Var och en av dessa typer har olika sammansättningar och egenskaper - och det finns ingen enda metod för att återvinna eller återanvända dem.

"Även om vissa vanligt använda plaster återvinns i stor utsträckning, plast med mer specialiserade användningsområden är ofta inte "sade professor Charitidis, som är vetenskaplig koordinator för ett projekt som heter Repair3D, som syftar till att hitta innovativa användningsområden för återvunnen termoplast och kolfibrer valorerade från kolfiberförstärkta polymerer (CFRP).

I projektets första etapp, forskare identifierade olika plast- och CPRF -avfallsströmmar från industrier som bil- och styv förpackningsindustri. Därifrån, de arbetade med att återvinna dessa material till pellets eller filament så att de kunde tillverkas till andra produkter genom additiv tillverkning.

3d-utskrivning

Additiv tillverkning, även känd som 3D -utskrift, är en teknik som bygger 3D-objekt genom att lägga till lager-på-lager av material, oftast plast. Planen för komponenten finns i en datorfil som kan delas eller laddas upp. Alltmer, tillverkare vänder sig till denna produktionsmetod eftersom den gör det möjligt för dem att skapa komplexa och anpassade objekt snabbt och ibland på distans.

'3D -utskrift är kärnan i Repair3D, "sade professor Charitidis. Nästa steg i projektet är att genomsyra återvunnen plast med kolfibrer och olika nanopartiklar för att ge dem ytterligare funktioner.

Projektet arbetar med flera stora branschpartner inom, till exempel, fordons- och sportbranschen, till 3D -utskrifter från bildelar till skidskor, samt bärbar elektronik.

Genom att lägga till olika nanopartiklar, det är möjligt att göra tryckta föremål självkännande, självreparations- och återvinningsalternativ, säger Dr Tanja Kosanovic Milickovic, en kemist vid National Technical University of Athens som är en del av projektet. För att skapa självreparerande plast, till exempel, forskare lägger till magnetiska nanopartiklar som, när den utsätts för ett magnetfält, kan skapa lokal värme, smälta och återbinda de trasiga polymererna.

Dock, förutom att använda återvunnen plast för att skapa nya produkter, de resulterande varorna måste själva kunna återvinnas, säger Dr Milickovic. "Det finns en balans mellan produkternas egenskaper och återvinning."

I slutet av projektet, laget siktar på att få produkter som kan återvinnas och återanvändas flera gånger innan de slutligen demonteras och deras nanopartiklar tas bort.

Dock, återvinning är bara en del av svaret för att minska avfall, säger Jon García Armendáriz, affärsutvecklare på spanska företaget Plastic Repair System (PRS). PRS fokuserar på att reparera plastprodukter, som pallar och lådor, snarare än att låta dem gå till deponier eller för återvinning.

Företaget grundades ursprungligen 2011 för att reparera kommunala fasta avfallsbehållare, men det blev snart uppenbart att det fanns många andra applikationer för deras teknik.

Varje år cirka 400, 000 ton returplast, som är den hårda plasten som används i pallar eller plastlådor, är skadad. "Historiskt sett människor har kastat gamla saker och köpt nya, sa Armendáriz.

För att reparera plasten, PRS -tekniker förbereder den trasiga delen av objektet, injicera ny plast, och omforma den reparerade sektionen.

Detta alternativ är betydligt billigare än att köpa en ny produkt och grönare än att återvinna hela objektet, säger Armendáriz.

Deras nuvarande process är hårt arbete, fastän, eftersom varje artikel är reparerad. "Detta är ett av problemen vi har:vi arbetar manuellt, "sa han." Vi behöver människor eftersom varje pall som är trasig är olika, inga två är exakt likadana. "

Teamet arbetar för närvarande med att automatisera processen för eurocontainrar eller KLT -lådor. Dessa allestädes närvarande industriella stapelbehållare användes ursprungligen av den tyska bilindustrin, men spred sig snart till andra branscher som sjöfart och tillverkning. Denna automatisering gör att PRS kan reparera fler lådor snabbt. För närvarande, det reparerar cirka 10, 000 plastföremål i månaden, säger Armendáriz, och företaget uppskattar att dess arbete hjälpte till att undvika 7, 114 ton CO ₂ utsläpp 2019.

Huvudkontoret ligger i Spanien, företaget har tre verkstäder i sitt hemland och en i Mexiko. Det har också 13 andra workshops i samarbete med stora pallanvändare, nära deras lokaler, att minska transportkostnaderna. Dess expansionsplaner kommer att se PRS sprida sig till resten av Europa år 2030.

Det kommer allt mer att bli efterfrågan på plastreparation och återvinning när företag och lokala myndigheter arbetar för att flytta sin verksamhet i linje med EU:s nya regelverk - både för att stävja plastavfall och för att hålla det inom blockets gränser.

Och det är här ytterligare forskning om nya metoder och tekniker är avgörande. "Idag är återvinning (av CFRP) mycket dyrt, "sa Repair3D:s professor Charitidis." Så vi har en enorm utmaning att göra återvinning mer kostnadseffektivt. "