Americkým inženýrům se možná podařilo definitivně vyřešit problém s nadměrnou produkcí plastového odpadu. Za použití laserového záření totiž polymery rozložili na menší kousky, které bude možné opětovně použít.
Lidská populace dokáže každoročně vyprodukovat miliony tun plastového odpadu, který končí v lepším případě na skládkách, v tom horším se však dostává do volné přírody, především do oceánů. To z něj činí jeden z nejpalčivějších problémů moderní doby. V průběhu posledních desetiletí se objevila celá řada konceptů, které se recyklaci plastů snaží řešit, drtivá většina z nich je však energeticky náročná a v celosvětovém měřítku také nepříliš efektivní. Nedávno publikovaný výzkum amerických inženýrů však vlévá ochráncům přírody novou naději do žil.
Plastový odpad představuje globální hrozbu, kterou je třeba vyřešit dříve, než nám přeroste přes hlavu. Foto: Unsplash
Laserové záření dokáže změnit chemickou strukturu molekul v plastech
S revoluční myšlenkou využít laser k rozkladu chemických vazeb ve struktuře polymerů přišel vědecký tým z Cockrell School of Engineering, která je součástí Texaské univerzity v Austinu, ve spolupráci s dalšími americkými vysokými školami. Výzkumníci umístili různé typy plastů na skleněnou podložku pokrytou vrstvou tvořenou dichalkogenidy přechodných kovů, především pak diselenidem wolframu (WSe2). Po aktivaci laserem došlo k rozkladu složitých molekul polymerů na menší, jednodušší fragmenty. Těžce odbouratelné chemikálie se tak podařilo přeměnit na takové látky, které by mělo být možné opětovně použít k výrobě nových plastů.
Základem celého konceptu je proces zvaný C-H aktivace, při kterém dochází k přeměnám vazeb mezi uhlíkem a vodíkem. Ze stávajících organických molekul tak vznikají úplně nové, často s diametrálně odlišnými fyzikálně-chemickými vlastnostmi. Dichalkogenidy přechodných kovů typu WSe2 pak tuto reakci katalyzují.
Princip nově popsaného způsobu odbourávání plastů je poměrně jednoduchý. Ozářením laseru dochází k aktivaci C-H vazeb v molekule polymeru a k jeho chemické transformaci na jednodušší řetězce. Foto: Se souhlasem autorů studie
Potenciál pro praktické využití je obrovský
Produktem laserového rozkladu plastů jsou takzvané uhlíkové tečky (z angl. carbon dots), které vykazují luminiscenční vlastnosti. Vzhledem k jejich malé velikosti – zpravidla v řádu nanometrů – nacházejí tyto částice využití například v elektronice jako paměťové jednotky. Kromě toho by se nově vytvořené molekuly mohly stát základem pro odlehčené materiály či výchozími sloučeninami pro organickou syntézu.
Kreativní způsob recyklace plastů nejenže odpovídá naléhavé potřebě dlouhodobého nakládání s odpady, ale také otevírá dveře novým možnostem podnikání. Přeměnou odpadu na užitečné zdroje můžeme přejít k oběhovému hospodářství, které pomůže naší planetě a zároveň prodlouží životnost produktů vytvořených člověkem. Laserem řízená metoda odbourávání polymerů by se tak mohla stát novým standardem, který bude při nakládání s odpadem aplikován globálně.
Plasty rozložené laserovým zářením mohou najít nové využití v materiálové chemii či elektrotechnice. Foto: Pixabay
Do té doby ale bude nutné celý proces optimalizovat, aby bylo možné jej využít i v průmyslovém měřítku. Koncept představený texaskými vědci je však již nyní velkým krokem vstříc udržitelné produkci i likvidaci plastů, které jsou zejména v posledních letech výrazným způsobem démonizovány, a které se díky této nové metodě své negativní pověsti možná konečně zbaví.
