Nowa metoda produkcji metanolu: waloryzacja odpadów morskich
Obecnie nie wyobrażamy sobie życia bez tworzyw sztucznych, ale gospodarowanie plastikowymi odpadami nastręcza coraz większych problemów. Parlament Europejski szacuje między innymi, że każdego roku do oceanów trafia od 4,8 do 12,7 miliona ton plastiku. Kwestię tę podjął zespół projektu CCLEANER, korzystający ze wsparcia działań „Maria Skłodowska-Curie”, skupiając się na badaniu przyjaznych dla środowiska sposobów chemicznego recyklingu odpadów tworzyw sztucznych.
Mechanizm działania recyklingu chemicznego
Najbardziej znaną formą recyklingu tworzyw sztucznych jest przetwarzanie mechaniczne. Proces ten obejmuje sortowanie odpadów według typu tworzywa, a następnie ponowne przetwarzanie ich na materiały użytkowe. Sortowanie jest niezbędne, ponieważ poszczególne rodzaje tworzyw sztucznych mają inny skład, który determinuje sposób, w jaki można je najlepiej wykorzystać, ale jest przy tym zadaniem pracochłonnym i kosztownym. Co więcej, w recyklingu mechanicznym zużywana jest bardzo duża ilość wody, potrzebnej do oczyszczenia przetworzonych tworzyw. W rezultacie recykling mechaniczny generuje wysokie koszty zarówno ekonomiczne, jak i środowiskowe. Z kolei recykling chemiczny posiada ważną zaletę – umożliwia rozkład lub odbudowę cząsteczek plastiku w celu ich ponownego wykorzystania. Metoda zgazowania, w procesie pirolizy, pozwala na wykorzystanie węgla zawartego w morskich odpadach tworzyw sztucznych i przekształcenie ich w cenne związki chemiczne, takie jak metanol. Przed zgazowaniem stosuje się proces zwany karbonizacją hydrotermalną, której produktem jest hydrowęgiel – wysokiej jakości materiał stały pozwalający na przyspieszenie procesu zgazowania. Większość tworzyw sztucznych jest wytwarzana z paliw kopalnych, w związku z czym wiele odzyskanych związków chemicznych nadaje się następnie do takich samych zastosowań, co umożliwia skuteczniejszą waloryzację odpadów tworzyw sztucznych. Metanol i hydrowęgiel są głównymi produktami chemicznego recyklingu tworzyw sztucznych. Metanol jest składnikiem nie tylko plastiku, ale również wielu innych materiałów. Jest on również wykorzystywany jako źródło czystej energii w pojazdach, ogniwach paliwowych i piecach. Hydrowęgiel jest w stanie jeszcze bardziej przyspieszyć proces zgazowania, a co więcej – może być stosowany jako przyjazny dla środowiska zamiennik węgla i koksu.
Poszukiwanie rozwiązań o zerowej emisji netto
Takie wyniki są ekscytujące, przy czym również niezbędne do przejścia na gospodarkę o obiegu zamkniętym. Niestety, istnieje pewien haczyk – energia potrzebna do pirolizy często generuje emisje gazów cieplarnianych. Jednym z ważnych celów tego projektu jest zmniejszenie wpływu procesu recyklingu chemicznego na środowisko. Zdaniem uczestnika projektu Yi Chenga: „Jeśli chodzi o całkowity bilans, skomercjalizowana metoda produkcji wymaga źródła węgla (odpady tworzyw sztucznych), źródła wodoru (woda) i energii (z odnawialnych źródeł)”. Na potrzeby analizy różnorodnych aspektów całej procedury zespół projektu CCLEANER wykorzystał algorytmy uczenia maszynowego. W tym celu naukowcy porównali modele procesów w zakładach umiejscowionych zarówno na lądzie, jak i na statku, a sztuczna inteligencja została wykorzystana do analizy odpadów tworzyw sztucznych poddawanych przetwarzaniu. Cheng dodaje: „Projekt zapewnia opłacalne podejście do rozwiązania problemu plastikowych odpadów pływających w morzach. Zastosowaliśmy metodę uczenia maszynowego, aby poradzić sobie z niestabilnym surowcem, który stanowi barierę dla upcyklingu cząstek plastiku o bardzo dużym zróżnicowaniu”. Dzięki wykorzystaniu wody morskiej w roli środowiska reakcji i użyciu odnawialnych źródeł energii, takich jak wiatr, fale czy słońce, zespół projektu CCLEANER opracował przełomowe podejście do chemicznego recyklingu tworzyw sztucznych. Kompleksowe oceny cyklu życia i analizy techniczno-ekonomiczne przeprowadzone w trakcie projektu zaowocowały opracowaniem wnikliwych zaleceń politycznych. Metoda wytwarzania ekologicznego metanolu z plastikowych odpadów wyłowionych z mórz jest w zasadzie na wyciągnięcie ręki. Wyobraźmy sobie statek lub sztuczną wyspę, gdzie tworzywa sztuczne są gromadzone, a następnie przy użyciu energii poddawane recyklingowi chemicznemu, którego efektem są produkty o wysokiej wartości. Biorąc pod uwagę ciągłe inwestycje w rozwiązania mające zapewnić zerowe emisje netto w przyszłości, opracowane w ramach projektu innowacje w zakresie karbonizacji hydrotermalnej oferują nam wszystkim szansę na urzeczywistnienie wizji czystszych oceanów oraz zrównoważonego rozwoju gospodarczego i środowiskowego.
Słowa kluczowe
CCLEANER, odpady tworzyw sztucznych, metanol, recykling chemiczny, uczenie maszynowe, piroliza, odpady morskie, karbonizacja hydrotermalna, hydrowęgiel, rozwiązania o zerowej emisji netto
