תהליך חדש זה הופך אשפה מפלסטיק לדלק נקי במקום זיהום
Power Shift היא סדרת Gizmodo המתמשכת של אלין לאפוינט, הבוחנת התקדמות בטכנולוגיה ירוקה, תוך התמקדות באנרגיה מתחדשת, מודרניזציה של רשתות והפחתת פליטות.
מיחזור פלסטיק ופירוק פחמן מייצגים שניים מאתגרי הקיימות הדחופים ביותר של זמננו. מחקר חדש מציע פתרון שיכול לטפל בשני הנושאים הללו בו זמנית: הפיכת אשפה מפלסטיק למימן נקי.
למרות שהקונספט אינו חדש, הגישה – מתוארת במאמר פורסם ב-Proceedings of the National Academy of Sciences מוקדם יותר החודש – משפר באופן משמעותי את השיטות הקונבנציונליות. המכונה "ATT", קיצור של טיפול תרמי אלקליין, התגובה מייצרת מימן בטוהר גבוה בטמפרטורות נמוכות בהרבה מבלי לדרוש מיון פסולת נרחב. בנוסף, זה לא מייצר ישירות פליטת גזי חממה.
שתי בעיות, פתרון אחד
מכיוון שמחזור פלסטיק דורש מיון ועיבוד יקרים, רק חלק קטן מהפלסטיק המושלכים בעולם ממוחזר בפועל.
"בפועל, פלסטיק מושלך מעורבב לעתים קרובות, מזוהם במזון, דבקים, תוויות, צבעים ותוספים אחרים, או משולבים באריזות רב-שכבתיות", אמר ל-Gizmodo במייל מחבר המחבר Woo Jae Kim, פרופסור להנדסה כימית ומדעי החומרים באוניברסיטת Ewha Womans בדרום קוריאה. "לפיכך, מיון וניקוי שלהם עלולים להיות קשים מבחינה טכנית ויקרים יותר מאשר ייצור פלסטיק חדש ממשאבי מאובנים".
מחקר קודם הראה שבשנת 2022, שיעור המיחזור העולמי נותר עומד על 9% בלבד, בעוד ש-40% הגיעו למזבלות ו-34% נשרפו. בינתיים, השימוש בפלסטיק צפוי להמשיך לגדול, לגדול מ-464 מגה-טון ב-2020 ל-884 מגה-טון עד 2050, לפי אחד הַקרָנָה.
יחד עם זאת, העולם זקוק בדחיפות למקורות אנרגיה נקיים. מימן נחשב לעתים קרובות כדלק מבטיח מכיוון שניתן לשרוף אותו כמו נפט או גז, אך הוא אינו משחרר פחמן דו חמצני (CO2) המחמם את כוכבי הלכת. הבעיה היא שאין מקורות מימן טהור שניתן לחלץ בקלות על פני כדור הארץ. אם אנחנו רוצים להשתמש בו, אנחנו צריכים לעשות את זה.
כדי לפתור את שתי הבעיות הללו, מהנדסים כימיים בוחנים דרכים שונות להפוך פסולת פלסטיק למימן נקי. שתי שיטות שזכו לתשומת לב משמעותית בשנים האחרונות הן פירוליזה וגיזוז.
פירוליזה מחממת פלסטיק בסביבה נטולת חמצן, ומפרקת אותם לנפט, פחם וגזים (כולל מימן). התהליך מייצר פליטת פחמן נמוכה יחסית, אך הוא עובד היטב רק עם סוגים מסוימים של פלסטיק ולכן דורש מיון וזיקוק נרחבים.
הגיזוז פועל אחרת, מחמצן חלקית פלסטיק בטמפרטורות גבוהות בהרבה כדי לייצר תערובת של מימן, פחמן חד חמצני ופחמימנים. מכיוון שגזיזציה יכולה להתמודד עם פלסטיק מעורב ללא מיון נרחב, זה נחשב בדרך כלל לגישה חסכונית יותר, אבל הלחצים הגבוהים והטמפרטורות הקיצוניות שהוא דורש הופכים אותו לצרכני מאוד באנרגיה, וכתוצאה מכך פליטת CO2 ניכרת.
כדי לבטל את החסרונות הללו, מחקר חדש זה מציע להשתמש בטיפול תרמי אלקליין כדי למחזר פסולת פלסטיק מעורבת במקום זאת. המחברים התאימו את תהליך ה-ATT שלהם משיטה שהייתה לקים מְפוּתָח עם Ah-Hyung "Alissa" Park, פרופסור להנדסה כימית וביו-מולקולרית באוניברסיטת קליפורניה, לוס אנג'לס. הם תכננו את התהליך המקורי להמיר ביומסה כמו אצות למימן בצורה ניטראלית פחמן, אך תהו אם גישה דומה יכולה להוכיח שימוש גם עבור מיחזור פלסטיק מעורב.
הסבה נקייה יותר
במעבדה, קים, פארק ועמיתיהם השתמשו ב-ATT המותאם כדי להמיר את שלושת הפלסטיק הנפוצים ביותר – פוליאתילן טרפתלט (PET), פוליאתילן (PE) ופוליפרופילן (PP) – למימן בעל טוהר גבוה. ATT מפרק פלסטיק על ידי ערבוב שלו עם נתרן הידרוקסיד (NaOH) וחימום שלו. הודות לתנאים הבסיסיים שמספק NaOH, זה לא דורש כמעט חום כמו גיזוז.
בהתחלה, התהליך הניב משמעותית יותר מימן מ-PET מאשר PE או PP. שני הפלסטיקים האלה מורכבים לחלוטין מקשרי פחמן-מימן, ולכן הם אינרטיים מבחינה כימית בתנאים אלקליים. כדי לפתור את הבעיה הזו, החוקרים חשפו לזמן קצר את PE ו-PP לחום ולחמצן עדינים לפני התגובה העיקרית. טיפול מקדים זה אפשר לכל שלושת הפלסטיק להתפרק ביעילות.
בגישה זו, החוקרים הפיקו תשואות מימן של 43.7, 51.9 ו-30.2 מילימול של גז מימן לגרם של PET, PE ו-PP, בהתאמה – תשואות שהן דומות לאלו שהושגו על ידי פירוליזה וגיזוז. יתרה מכך, הניתוח שלאחר התגובה שלהם הראה שפליטת הפחמן של התגובה הייתה אפסית.
ג'ולי צימרמן, פרופסור מוכשר להנדסה כימית וסביבתית וסגנית פרובוסט לפתרונות פלנטריים באוניברסיטת ייל, אמרה שהמחקר מציג "תפיסת תגובה מעניינת ופוטנציאלית חשובה", אבל מוקדם מדי לומר שזה כבר מסלול בר-קיימא להמרה פלסטית מעורבת למימן נקי.
"המחברים מדגימים מסלול כימי אמין לייצור מימן בטוהר גבוה מ-PET ו-PE ו-PP מחומצנים מראש, כולל תערובת מבוקרת של שלושת הפלסטיק", אמר צימרמן. "עם זאת, הניסויים בקנה מידה של מיליגרם, טיפול מוקדם בחמצון ממושך, שימוש ניכר באלקליות וטמפרטורות סופיות גבוהות מבססים היתכנות כימית ולא כדאיות טכנית או כלכלית."
החוקרים מסכימים כי ייעול התהליך והערכת כדאיותו הכלכלית ידרשו מחקר נוסף. בעוד שהתגובה יצרה פליטת CO2 ישירה זניחה, הם יצטרכו לבצע ניתוח מחזור חיים מלא כדי להבין את טביעת הרגל הפחמנית הכוללת שלה, אמר קים. הצוות גם צריך לפתח דרך יעילה למחזר את ריאגנט הנתרן הידרוקסיד ולבדוק האם השיטה עובדת עם פסולת פלסטיק המכילה שאריות מזון, לחות, תוספים ומזהמים אחרים.
למרות שעדיין יש עבודה רבה לעשות, המחקר מסמן צעד חשוב לקראת דרך יעילה יותר ואפשרית נקייה יותר להמיר פלסטיק למימן. ככל שפליטת אשפה וגם פליטת פחמן ממשיכות להצטבר, מציאת פתרונות חדשניים לבעיות אלו רק תהפוך חשובה יותר.