Nova metoda za učinkovitu razgradnju PET plastike

Najnoviji rezultati istraživanja kemičara Instituta Ruđer Bošković (IRB) pokazuju da mehanokemijsko mljevenje i starenje, kao dvije komplementarne tehnike u čvrstom stanju, pri sobnoj temperaturi i tlaku, posjeduju izniman potencijal za alkalnu razgradnju otpadne PET plastike i na većim skalama.

Rezultati su objavljeni u uglednom časopisu ChemSusChem, a zbog izuzetno dobrih recenzija, kojima se ovaj rad svrstao među pet posto top publikacija u području, zaradio je i VIP status i naslovnicu ovog uglednog časopisa.

Zagađenje okoliša plastičnim otpadom posljednjih desetljeća postao je problem čije se rješenje teško nazire, pogotovo u kontekstu sve veće proizvodnje i potražnje za plastičnim materijalima. I dok su inovacije u području polimerne kemije sredinom 20. stoljeća iz temelja promijenile naše živote, izvanredna svojstva plastike poput otpornosti, kemijske stabilnosti, čvrstoće i brojnih drugih svojstava ujedno predstavljaju problem kada se takvi materijali žele reciklirati.

Od 1950-ih kada je započela masovna proizvodnja plastičnih masa, proizvedeno je više od 6 milijardi tona plastike, od čega je samo 9 posto reciklirano, a preko 60 posto je završilo kao otpad u okolišu. Pri tome su vodeni ekosustavi posebno pogođeni, a znanstvenici smatraju da će do 2050. godine u svjetskim morima i oceanima biti više plastike nego ribe.

Poli(etilen-tereftalat) (PET) koji se najviše koristi u proizvodnji plastičnih boca i ambalaže, tekstila i tankih filmova, umjetni je polimer sastavljen od ponavljajućih jedinica ili monomera koji su međusobno povezani esterskim vezama. Otuda potječe i popularni naziv poliester koji se upotrebljava ponajviše u tekstilnoj industriji. Među europskim zemljama, Njemačka prednjači u količini reciklirane PET plastike, gdje se reciklira preko 90 posto boca. Prema podacima Fonda za zaštitu okoliša i energetsku učinkovitost, u 2018. godini na hrvatskom je tržištu plasirano gotovo 490 milijuna komada PET boca, dovoljno za prekrivanje površine otoka Silbe.

Za razliku od plastičnih materijala poput polietilena iz plastičnih vrećica, polipropilena u ambalaži za hranu ili polistirena u čašicama za kavu ili jogurt koji su kemijski vrlo inertni, PET je podložan razgradnji odnosno depolimerizaciji na sastavne dijelove.

To se postiže u procesima hidrolize i glikolize koji se odvijaju pri visokim temperaturama od 100 do 300 stupnjeva Celzijusa i tlakovima čak do 200 bara u odgovarajućem organskom otapalu.

U posljednje vrijeme, pažnja znanstvenika se usmjerava na mogućnost razgradnje otpadnog PET-a pomoću enzima, tzv. PETaza koji djeluju pri znatno nižim temperaturama, ali zahtijevaju supstrate s niskim stupnjem kristaliničnosti ili potpuno amorfni PET kako bi se ostvarili dobri prinosi.

Istražujući mogućnost primjene kugličnog mljevenja u procesu depolimerizacije otpadne PET ambalaže i tekstila, dr. sc. Vjekoslav Štrukil iz Laboratorija za fizikalno-organsku kemiju uspješno je pri sobnoj temperaturi i tlaku razgradio PET na monomer tereftalnu kiselinu, koja je ujedno i polazna sirovina za proizvodnju ove plastike.

Eksperimenti u doba pandemije i potresa

"Dio eksperimenata je započeo netom prije proglašenja općeg zatvaranja u 3. mjesecu, a zatim nas je još pogodio i potres, što je usporilo odnosno potpuno onemogućilo istraživanja. Samim time je taj dio rezultata bio izgubljen te je bilo potrebno sve ponoviti. Ipak, zatvaranje je donijelo neke nove ideje pa sam povratkom na radno mjesto krajem svibnja fokus istraživanja usmjerio na starenje PET plastike u parama različitih tekućih faza poput acetonitrila, metanola ili etanola. Pomalo iznenađujuće, pare jednostavnih alkohola su se pokazale kao još efikasniji medij za razgradnju PET-a pri sobnoj temperaturi i tlaku", objašnjava dr. Štrukil.

Publicirani rezultati pokazuju da mehanokemijsko mljevenje i starenje, kao dvije komplementarne tehnike u čvrstom stanju, također posjeduju potencijal za alkalnu razgradnju otpadne PET plastike i na većim skalama.

Uzimajući u obzir veliku količinu PET-a u okolišu kao polazne sirovine za dobivanje monomera, opisana metodologija bi mogla poslužiti kao platforma za razvoj novih, visokoučinkovitih i ekološki prihvatljivih postupaka proizvodnje tereftalne kiseline iz otpada umjesto iz neobnovljivih izvora kao što su fosilna goriva.