Sådan kan kemisk genbrugsteknologi hjælpe med at løse plastikforureningen
Kemisk genanvendelse af plast er et meget spændende forskningsemne i rivende udvikling.

Vores forkærlighed for plast har haft store miljømæssige omkostninger. (Foto: Shutterstock)

Vores forkærlighed for plast har haft store miljømæssige omkostninger. (Foto: Shutterstock)

Partner The Conversation

Videnskab.dk oversætter artikler fra The Conversation, hvor forskere fra hele verden selv skriver nyheder og bringer holdninger til torvs

Det er umuligt at forestille sig en dagligdag uden plastik.

Plastmaterialer, som er lette, holdbare og billige, overgår mange andre, når det gælder anvendelse til en lang række forskellige formål.

Plast har medført positive forandringer på måder, vi ofte overser. For eksempel betyder udviklingen af plastkomponenter i elektroniske enheder som den, du bruger til at læse denne artikel, at vi er mere forbundet med verden omkring os end nogensinde før.

Men vores forkærlighed for plast har haft miljømæssige omkostninger. Det bliver anslået, at ud af de 8,3 milliarder ton plast, der blev fremstillet mellem 1950 og 2015, er mere end 75 procent i dag affald, og at 79 procent enten akkumuleres på lossepladsen eller i naturen.

For at sætte det lidt i perspektiv: Det er mere end alt levende på Jorden, og oceanerne drukner i plastik.

Derfor har den seneste forskningsindsats fokuseret på at tackle de stadig større miljømæssige bekymringer, blandt andet gennem kemisk genanvendelse.

Plastens værdi

For at overvinde de enorme miljømæssige problemer, som plastikken skaber, er vi nødt til at se plastaffald som en ressource. 

Når alt kommer til alt, har plastaffaldet en værdi i form af stabile kemiske forbindelser, så vi kan i det mindste gøre et forsøg på at genvinde energien. 

Det er faktisk disse kemiske forbindelsers stabilitet, der gør, at plasten er så svær at nedbryde i naturen.

Ud over at brænde plast for at genvinde denne energi kan vi også genbruge plasten. 

På nuværende tidspunkt er vi afhængige af mekanisk genanvendelse, hvor plasten sorteres, smeltes og omformes; ofte til plastprodukter af ringere kvalitet. 

Uendelig genanvendelighed

Men denne proces har sine begrænsninger. Processen er barsk, så hver eneste gang et stykke plast bliver genbrugt, har det en negativ effekt på dens egenskaber.

Og det begrænser antallet af gange, et stykke plast kan blive genbrugt.

For at sikre, at plast bevarer værdien på lang sigt, har vi brug for alternative genanvendelsesstrategier. 

Kemisk genanvendelse leverer potentielt uendelig genanvendelighed, men udfordringen ligger i at opnå det på en bæredygtig og økonomisk rentabel måde i stor skala. 

Traditionelle metoder er almindeligvis dyre og energi- eller ressourceintensive, hvilket har begrænset udbredelsen af dem.

Kemisk genanvendelse

Plast består af molekyler i lange kæder kaldet polymerer. En polymer er sammensat af en række mindre molekyler, som kaldes monomerer.

Monomererne kommer i forskellige former og størrelser, og bindingen mellem dem bestemmer plastens materialegenskaber – som smeltetemperatur og sejhed – hvilket påvirker den måde, den bruges.

Mens mekanisk genanvendelse indebærer smeltning, benytter kemisk genanvendelse en kemisk transformation, som bryder forbindelserne mellem monomerer.

Nedbryder plast på molekylært niveau

Kemisk genanvendelse nedbryder plasten på molekylært niveau.

Det betyder, at monomeren kan generhverves i det, der kaldes et lukket kredsløb, eller at plastaffaldet kan omdannes til andre kemikalier af højere værdi i såkaldt 'open-loop'-genanvendelse, hvor man udveksler materialer mellem forskellige anvendelsesformål. 

For mange plasttyper er det muligt at genvinde monomerer eller andre nyttige materialer.

En del plast, som polyolefiner, der rent mængdemæssigt er den mest udbredte plasttype, og som bruges til polyethylen-plastposer, har ikke svage monomerled, hvilket vanskeliggør kemisk genanvendelse.

I sådanne tilfælde anvendes en proces kaldet pyrolyse, en forbrændingsproces, som er afhængig af høje reaktionstemperaturer for typisk at producere brændstoffer og voks.

Fakta
Om Forskerzonen

Denne artikel er en del af Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler deres forskning, viden og holdninger til et bredt publikum – med hjælp fra redaktionen.

Forskerzonen bliver udgivet takket være støtte fra Lundbeckfonden. Forskerzonens redaktion prioriterer indholdet og styrer de redaktionelle processer, uafhængigt af Lundbeckfonden. Læs mere om Forskerzonens mål, visioner og retningslinjer her.  

Katalyse

Katalysatorer anvendes i omkring 90 procent af industrielle kemiske processer

De gør processen mere effektiv ved at give reaktionen en alternativ rute, ligesom Google Maps optimerer en rejseplan. De reducerer spild og leverer mulighed for at være selektive med hensyn til, hvilket produkt vi skaber.

Det er fordelen, som er afgørende for at sikre, at kemisk genanvendelse er både bæredygtig og økonomisk rentabel i industriel skala.

Enzymerne, der arbejdede utrætteligt, efter vi har spist, er naturligt forekommende katalysatorer, der spiller en vigtig rolle i fordøjelsen. 

Visse enzymer kan nedbryde plast

Der findes endda enzymer, som kan nedbryde plast.

Disse processer er dog begrænset af deres produktivitet, og de kræver specifikke procesbetingelser – som den rette temperatur og pH-værdi – for at holde enzymet aktivt. 

Men i betragtning af hvor hurtigt feltet udvikler sig, vil anvendelsen af naturligt forekommende katalysatorer muligvis være en kommerciel mulighed i fremtiden.

Vi har udviklet effektive metalbaserede katalysatorer til kemisk genanvendelse af polylaktisk syre (PLA), en biologisk nedbrydelig polymer, der er produceret af mælkesyre.

Grønt alternativ

Vi brugte billige metaller, som der er rigeligt af – som zink eller magnesium – målrettet mod kemikalier kaldet ethyllactat, som potentielt kan være et grønt alternativ til råoliebaserede opløsningsmidler.

Forskningsområdet træder stadig sine barnesko, men vi forventer signifikant udvikling, særligt i forhold til optimeringsprocessen, i takt med at der bliver sat skub i udviklingen.

Det er faktisk en generel indsats på området, fordi de traditionelle metoder, som typisk bruger barske kemikalier, kan være ressource- og energiintensive.

Foruden PLA kan man potentielt 'upcycle' (genanvende, red.) andre slags plast, som polyethylenterephthalat (PET), som bruges til plastflasker.

Nylige eksempler inkluderer byggesten til højeffektive materialer samt antibiotika og korrosionshæmmende materiale fra PET-affald.

Vores nylige forskningarbejde har også undersøgt den kemiske genanvendelse af PET, som kan bruges til langt flere formål. PET anvendes til plastflasker og fødevareopbevaring, mens PLA, der hovedsagelig bruges til 3D-print, biomedicinsk udstyr og visse emballeringsapplikationer, sidder på en langt mindre andel af markedet.

Vi ser mod fremtiden

I betragtning af vores meget forskelligartede brug af plast er det ikke muligt at finde en løsning, der passer til alle. 

Der er behov for forskellige og skræddersyede genanvendelsesstrategier for både eksisterende og ny plast. 

Kemisk genanvendelse i kommerciel skala er allerede skudt i gang.

I fremtiden forventer vi, at kemisk genanvendelse vil supplere det mekaniske modstykke, især når det er vanskeligt at genbruge materialer som eksempelvis thin-films (thin-films er et materialelag med en tykkelse, der spænder fra en brøkdel af et nanometer til flere mikrometer i tykkelse, red.) 

Én ting er dog helt sikkert, plast er kommet for at blive. 

Og med en produktion, der forventes at overstige 1 milliard ton inden 2050, ser kemisk genanvendelse bestemt ud til at være et meget spændende forskningsemne i rivende udvikling.

Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.

The Conversation

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs her om, hvordan forskerne tog billedet af atomerme.