이 새로운 공정이 마침내 폴리에틸렌 봉지, 플라스틱을 유용한 것으로 바꿀 수 있을까요?

폴리에틸렌 플라스틱, 특히 주변 환경을 망치는 비닐봉지는 재활용이 매우 어렵습니다. 튼튼하고 분해하기 어려우며 재활용할 경우 주로 데크 및 기타 저가 제품에 유용한 폴리머 스튜로 녹입니다.

그러나 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스와 로렌스 버클리 국립 연구소(Berkeley Lab)에서 개발된 새로운 프로세스는 모든 것을 바꿀 수 있습니다. 이 공정에서는 촉매를 사용하여 긴 폴리에틸렌(PE) 폴리머를 균일한 덩어리(탄소 3개로 구성된 프로필렌)로 분해합니다. 이는 폴리프로필렌과 같은 다른 유형의 고부가가치 플라스틱을 제조하기 위한 공급원료입니다.

개발 초기 단계에서 이 과정을 통해 비닐봉지와 포장재뿐만 아니라 모든 유형의 PE 플라스틱 병 등의 폐기물이 수요가 많은 주요 제품으로 바뀔 것입니다. 폴리에틸렌 사슬을 끊는 이전 방법에는 고온이 필요했고 구성요소 혼합물의 수요가 훨씬 적었습니다. 새로운 공정은 종종 프로필렌이라고 불리는 화석 연료 프로필렌 생산의 필요성을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 더 많은 프로필렌에 대한 플라스틱 산업의 현재 충족되지 않은 수요를 충족시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

“재활용되는 만큼 많은 폴리에틸렌 플라스틱이 낮은 등급의 재료로 변합니다. 비닐봉지를 가지고 동일한 특성을 지닌 또 다른 비닐봉지를 만들 수는 없습니다.”라고 UC Berkeley의 유기 화학 분야 Henry Rapoport 의장인 John Hartwig가 말했습니다. "그러나 폴리머 백을 모노머로 다시 가져가서 작은 조각으로 분해하고 재중합할 수 있다면 땅에서 더 많은 탄소를 끌어내는 대신 이를 탄소원으로 사용하여 다른 것을 만들 수 있습니다. 폴리프로필렌. 우리는 그러한 목적이나 프로펜의 다른 용도 및 소위 프로필렌 격차를 메우기 위해 셰일 가스를 덜 사용할 것입니다.”

폴리에틸렌 플라스틱은 전 세계 전체 플라스틱 시장의 약 3분의 1을 차지하며, 셰일가스라고도 불리는 수압파쇄로 얻은 천연가스를 포함하여 화석 연료에서 매년 1억 톤 이상이 생산됩니다.

재활용 프로그램(재활용 가능한 PE 제품은 플라스틱 번호 2와 4로 지정됨)에도 불구하고 전체 폴리에틸렌 플라스틱 제품의 약 14%만이 재활용됩니다. 안정성으로 인해 폴리에틸렌 폴리머는 구성 부품으로 분해되거나 해중합되기 어렵기 때문에 대부분의 재활용에는 이를 녹여 정원 가구와 같은 다른 제품으로 성형하거나 연료로 태우는 작업이 포함됩니다.

폴리에틸렌을 해중합하고 프로필렌으로 바꾸는 것은 업사이클링(upcycling)의 한 방법입니다. 즉, 본질적으로 가치가 전혀 없는 폐기물에서 더 높은 가치의 제품을 생산하는 동시에 화석 연료의 사용을 줄이는 것입니다.

Hartwig와 그의 동료들은 이번 주 Science 저널에 새로운 촉매 과정의 세부 사항을 발표할 예정입니다.

Hartwig는 금속 촉매를 사용하여 대부분이 석유 기반인 탄화수소 사슬에 특이하고 반응성 결합을 삽입하는 것을 전문으로 합니다. 그런 다음 이러한 반응성 결합에 새로운 화학 그룹을 추가하여 새로운 물질을 형성할 수 있습니다. 일반적으로 약 1,000개의 에틸렌 분자(각 에틸렌은 2개의 탄소와 4개의 수소 원자로 구성됨)의 중합체 사슬로 발생하는 탄화수소 폴리에틸렌은 일반적인 비반응성으로 인해 그의 팀에게 어려움을 안겨주었습니다.

새로운 촉매 반응을 조사하기 위한 미국 에너지부의 보조금을 받아 Hartwig와 대학원생인 Steven Hanna와 Richard J. "RJ" Conk는 촉매를 사용하여 폴리에틸렌의 탄소-수소 결합 두 개를 끊는 아이디어를 생각해 냈습니다. 이리듐 촉매와 나중에 백금-주석 및 백금-아연 촉매를 사용하여 아킬레스건 역할을 하는 반응성 탄소-탄소 이중 결합을 생성합니다. 폴리머의 탄소-수소 결합의 갑옷에 있는 이 틈을 통해 그들은 에틸렌과 협력적으로 반응하는 두 개의 추가 촉매와의 반응을 통해 폴리머 사슬을 풀 수 있었습니다.