ICTPRESS - انباشت فزاینده زباله‌های پلاستیکی، به‌ویژه پلی‌استایرن، به یکی از چالش‌های جدی زیست‌محیطی جهان تبدیل شده است.

به گزارش شبکه خبری ICTPRESS به نقل از ستاد فناوری نانو، اکنون پژوهشگران دانشگاه جنگلداری نانجینگ و دانشگاه تسینگ‌هوا چین با ارائه یک راهکار نوآورانه مبتنی بر کاتالیزورهای تک‌اتمی، موفق شده‌اند پلی‌استایرن دورریز را با بازده بالا و ردپای کربنی کمتر به تولوئن، یکی از مواد پایه و پرکاربرد صنعت پتروشیمی، تبدیل کنند. این دستاورد در نشریه معتبر Nature Nanotechnology منتشر شده است.

در سال‌های اخیر، بازیافت پلاستیک از یک مسئله فنی صرف فراتر رفته و به ضرورتی اقتصادی و زیست‌محیطی بدل شده است. پلی‌استایرن (PS) که به‌طور گسترده در بسته‌بندی مواد غذایی و محصولات مصرفی استفاده می‌شود، به دلیل ساختار شیمیایی پایدار، یکی از دشوارترین انواع پلاستیک برای بازیافت مؤثر به شمار می‌رود. پژوهش جدید محققان چینی، مسیری تازه برای «ارتقای ارزش» این نوع زباله پلاستیکی ارائه می‌دهد.

هسته اصلی این روش، استفاده از یک سامانه راکتوری دومرحله‌ای و بهره‌گیری از کاتالیزورهای تک‌اتمی روتنیوم (Ru) است. در گام نخست، پلی‌استایرن جامد در دمای بالا و تحت فشار مشخص، طی فرایندی موسوم به پیرولیز، به بخارات مولکولی کوچک‌تر تجزیه می‌شود. سپس این بخارات وارد بخش دوم راکتور شده و در حضور هیدروژن و کاتالیزور تک‌اتمی، تحت واکنش هیدروژنولیز به‌طور انتخابی به تولوئن تبدیل می‌شوند.

به گفته دکتر «ژدونگ ژانگ»، از نویسندگان این مقاله، تنظیم مراکز فعال روتنیوم در مقیاس اتمی نقشی کلیدی در کنترل انتخاب‌پذیری واکنش و حفظ فعالیت بالای کاتالیزوری ایفا می‌کند. وی تأکید می‌کند که این رویکرد موفق شده است بر یکی از چالش‌های کلاسیک در شیمی کاتالیزوری، یعنی بده‌بستان میان بازده و انتخاب‌پذیری، غلبه کند.

نتایج آزمایشگاهی نشان می‌دهد که این فرایند قادر است پلی‌استایرن را با انتخاب‌پذیری بیش از ۹۹ درصد و بازده تولید تولوئن حدود ۸۳٫۵ درصد تبدیل کند؛ اعدادی که برای یک فرایند مبتنی بر زباله پلاستیکی، چشمگیر تلقی می‌شوند. افزون بر این، تحلیل‌های چرخه عمر و ارزیابی‌های فنی‌ـ‌اقتصادی حاکی از آن است که این روش می‌تواند ردپای کربنی تولید تولوئن را تا ۵۳ درصد کاهش دهد.

از منظر اقتصادی نیز این فناوری امیدبخش به نظر می‌رسد. برآوردها نشان می‌دهد که هزینه تولید تولوئن با این روش حدود ۰٫۶۱ دلار به ازای هر کیلوگرم است؛ رقمی که پایین‌تر از میانگین هزینه‌های رایج در صنعت پتروشیمی محسوب می‌شود. این مزیت اقتصادی، در کنار کاهش انتشار کربن، می‌تواند مسیر تجاری‌سازی این فناوری را هموار کند.

پژوهشگران برای ارزیابی قابلیت مقیاس‌پذیری این روش، آزمایش‌هایی فراتر از مقیاس آزمایشگاهی انجام داده‌اند که شامل افزایش مقدار خوراک ورودی و استفاده از راکتورهای بستر ثابت بزرگ‌تر بوده است. نتایج این آزمایش‌ها نشان می‌دهد که عملکرد کاتالیزوری و انتخاب‌پذیری واکنش در مقیاس‌های بالاتر نیز حفظ می‌شود.

به اعتقاد تیم تحقیقاتی، این راهبرد «هیدروژنولیز کاتالیزوری دومرحله‌ای» می‌تواند به‌عنوان یک مسیر عملی برای تبدیل زباله‌های پلاستیکی به خوراک ارزشمند پتروشیمی مورد استفاده قرار گیرد. در شرایطی که صنعت جهانی به دنبال راهکارهایی برای گذار به اقتصاد کم‌کربن و چرخشی است، چنین فناوری‌هایی می‌توانند پلی میان مدیریت پسماند، کاهش آلایندگی و تولید پایدار مواد شیمیایی ایجاد کنند.