Tunga industrier som flyg och kemisk tillverkning bidrar till cirka 20 % av de totala utsläppen av växthusgaser i USA och kommer att fortsätta att vara beroende av fossila bränslen.
Medan forskare kontinuerligt undersöker sätt att minska användningen av fossila bränslen inom dessa sektorer, utforskar Oana Luca, biträdande professor vid avdelningen för kemi vid University of Colorado Boulder, tekniker som återvinning och kolavskiljning för att förhindra att kol hamnar i miljön.
Luca och hennes medarbetare publicerade nyligen en rapport om att minska koldioxidutsläppen genom kolåtervinning i dessa svårelektrifierade industrier. Färdkartan publicerades den 1 maj i tidskriften Nature Reviews Chemistry .
"Vi producerar många nya material för att stödja vårt moderna liv, men de flesta av dem hamnar bara på deponier. Vi måste återuppfinna sätt att återvinna och återanvända dessa material så att varje kolatom kan användas flera gånger," sa Luca.
Luca, som också är stipendiat vid Renewable &Sustainable Energy Institute, ger henne synpunkter på avkolning, sin forskning inom plaståtervinning och vikten av att stänga kolkretsloppet.
Att byta från fossila bränslen är generellt svårt på grund av invanda metoder. Det tar mycket tid och ansträngning att utveckla teknologier som kan utnyttja alternativa bränslen, som sol eller vind, lika effektivt som de nuvarande metoderna. Till exempel använder elfordon en elmotor istället för den konventionella motorn i gasfordon. Så barriären för adoption är ganska hög.
I allmänhet är elektrifiering processen att byta från fossila bränslen till alternativa energikällor. Återvinning kan omvandla plastavfall till bränslen, som kan användas för att driva andra saker och förhindra att kol kommer ut i atmosfären.
Trots utbredda system för plaståtervinning som implementeras över hela landet, kommer en hel del av plastavfallet fortfarande att hamna på deponier. Det beror till stor del på att vi inte har tekniken på plats för att effektivt återvinna plast. Vi producerar dessa material, som har fantastiska egenskaper, i stor skala, men återvinningstakten hänger inte med.
Föreställ dig en typisk T-shirt, som en du, jag och de flesta förmodligen äger. Den är troligen gjord av nylon, vilket är en typ av polymer. Skjortan har genomgått en lång produktionsprocess där små molekylära kemikalier kombineras för att bilda större, som sedan sätts ihop till fibrer. Fibrerna vävs till tyger och förvandlas så småningom till en T-shirt.
När vi tröttnar på tröjan, eller den är utsliten, slänger vi den antingen i papperskorgen eller skänker den. Men i slutet av dagen kommer tröjan att hamna på en soptipp.
Tänk om det finns ett alternativ att ta tröjan till en anläggning för att återvinna de kolbaserade materialen den är gjord av och använda dem för att göra en ny skjorta? Så här ser en cirkulär modell ut. I denna modell hamnar kolet i skjortan inte bara i miljön utan återvinns istället.
Den vanligaste metoden för att återvinna organiskt material, inklusive plast, kallas mekanisk återvinning. För att återvinna en vattenflaska av plast värms flaskan upp, smälts ner och trycks sedan genom formar för att göra rör eller ark. Dessa produkter är av lägre kvalitet och inte längre återvinningsbara. Så även i bästa fall när din flaska faktiskt återvinns, kan plasten bara återanvändas en gång. Det är mer som downcycling än återvinning.
En annan metod för återvinning är att bränna plasten och använda energin från förbränningen som kraft. Men under den processen producerar du stora mängder koldioxid och andra växthusgaser.
Här i mitt labb använder vi elektricitet för att bryta isär plasten till deras molekylära byggstenar utan att ändra deras egenskaper eller frigöra koldioxid. Detta gör att vi kan börja fundera på hur vi ska rekonstruera vattenflaskorna eller t-shirtarna med dessa molekylära råvaror.
Vi måste återuppfinna sättet vi konsumerar, konserverar och återanvänder materialet omkring oss. Vi måste ansvara för var materialet hamnar.
Vi hoppas också kunna uppmuntra forskare, ingenjörer, ekonomer och samhällsvetare att arbeta tillsammans och hitta nya idéer för att stänga kolkretsloppet. Det kommer att krävas en by för att tillåta några av dessa tekniker vi pratade om att utvecklas och integreras i en cirkulär ekonomi.
Jag är verkligen glad över att dela att vi precis fått ett bidrag från CU för att arbeta med ett projekt som heter Polymers for a Sustainable Earth (POSE). Ledd av Wei Zhang, ordförande för avdelningen för kemi vid CU Boulder, hoppas jag kunna ta itu med plastproblemet tillsammans med fakulteter från sex CU Boulder-avdelningar och National Renewable Energy Laboratory
Min grupp kommer att fokusera på att göra återvinning mer effektiv, medan andra grupper kommer att arbeta med att designa om plast med återvinning och återanvändning i åtanke.
Mer information: Wendy J. Shaw et al, Ett amerikanskt perspektiv på att stänga kolkretsloppet för att defossilisera svårelektrifierade segment av vår ekonomi, Nature Reviews Chemistry (2024). DOI:10.1038/s41570-024-00587-1
Tillhandahålls av University of Colorado i Boulder
