Drugie życie kompozytów
Tworzywa sztuczne są niedrogimi, lekkimi i trwałymi materiałami, bez których trudno wyobrazić sobie funkcjonowanie światowej gospodarki, jak i codzienne życie. Jednak w ostatnich latach obserwuje się gwałtowny i alarmujący wzrost ich zużycia, który zagraża środowisku naturalnemu. Rozwiązaniem tego problemu może być metoda opracowywana przez naukowców z Politechniki Śląskiej, która polega na utylizowaniu tych odpadów w bezpieczny dla środowiska sposób.
Szacuje się, że każdego roku na całym świecie produkuje się około 400 milionów ton różnego rodzaju odpadów z plastiku. Do najważniejszych grup odpadów z tworzyw sztucznych możemy zaliczyć: odpady z gospodarstw domowych, odpady związane z pandemią COVID-19, odpady z turbin wiatrowych i paneli fotowoltaicznych. Stosowane obecnie termiczne metody ich utylizacji są nieefektywne, generując między innymi powstawanie substancji szkodliwych dla środowiska. Dlatego naukowcy z Politechniki Śląskiej realizują projekt, który ma na celu opracowanie nowej metody ich utylizacji. Projekt pt. „Oksydatywne upłynnianie odpadowych tworzyw sztucznych. Badania eksperymentalne wraz z wielowymiarową analizą danych z wykorzystaniem metod chemometrycznych” (Narodowe Centrum Nauki, 2021/41/B/ST8/01770) realizowany jest na naszej Uczelni od lutego 2022 roku.
– Impulsem do rozpoczęcia tego projektu jest stale rosnący problem z tworzywami sztucznymi. Oczywiście część z nich podlega selektywnej zbiórce i jest powtórnie przetwarzana. Ma to miejsce głównie w przypadku polimerów termoplastycznych, takich jak PE, PP, PET, jednakże i one nie mogą podlegać procesowi przetwarzania w nieskończoność. Ponadto materiały kompozytowe zbudowane np. z żywic, włókien szklanych czy węglowych oraz innych polimerów nie mogą już być przetworzone w ten sposób. Ich spalanie prowadzi do utraty cennych składników chemicznych, które mogłyby stanowić surowiec do innych procesów chemicznych – powiedział prof. dr hab. inż. Sebastian Werle, kierownik projektu.
Zaproponowana przez naukowców z Politechniki Śląskiej metoda pod nazwą OxyLiq podobna jest do spalania, ponieważ także tutaj prowadzone jest utlenianie matrycy organicznej. – Jednak zamiast produktów klasycznego spalania otrzymujemy głównie kwasy karboksylowe oraz lotne kwasy tłuszczowe. Metoda opiera się na oksydatywnym upłynnianiu tworzyw sztucznych w obecności wodnego roztworu nadtlenku diwodoru w podwyższonej temperaturze od 250 do 300 °C i w podwyższonym ciśnieniu. W takich warunkach długie łańcuchy polimerowe są rozkładane na mniejsze części składowe, które podlegają utlenianiu do wspomnianych już kwasów karboksylowych i lotnych kwasów tłuszczowych – wyjaśnił naukowiec.
Tworzywa sztuczne są powszechnie stosowane, docenia się je ze względu na ich odporność, łatwość formowania oraz szeroką możliwość modyfikacji. – Jednak wytrzymałość chemiczna tworzyw sztucznych stanowi poważny problem środowiskowy. Szczególnie jest to widoczne w przypadku wielomateriałowych odpadów, jakimi są materiały kompozytowe. W wielu przypadkach nie mogą być one składowane i mogą być jedynie poddane procesowi spalania. W prowadzonych pracach badawczych w ramach projektu OxyLiq proponujemy inne rozwiązanie, pozwalające nie tylko na odzysk włókien węglowych lub szklanych stosowanych do produkcji elementów kompozytowych, ale także na przeprowadzenie matrycy polimerowej do prostszych związków organicznych, które mogą być powtórnie wykorzystane w innych gałęziach przemysłu – mówił prof. dr hab. inż. Sebastian Werle, kierownik projektu.
Jednym z najistotniejszych i innowacyjnych elementów opracowywanego przez naszych naukowców procesu jest to, że można praktycznie w 100% zmienić materiał z tworzyw sztucznych do roztworu wodnego w dość krótkim czasie. Proces nie wykorzystuje rozpuszczalników organicznych, co ogranicza niebezpieczeństwo zarówno dla środowiska, jak i dla ludzi pracujących przy takim procesie. Wykorzystanie środowiska wodnego niweluje również zagrożenie pożarowe, które zawsze istnieje w przypadku innych metod termicznego przekształcania. – Ponadto w odróżnieniu od innych metod, w których wilgoć w odpadach jest elementem determinującym opłacalność ich energetycznego przetwarzania, w naszym rozwiązaniu zawartość wilgoci nie jest przeszkodą – zaznaczył profesor Werle.
Opracowywana metoda mogłaby np. być wykorzystywana w niewielkich reaktorach instalowanych na statkach, które przetwarzałyby ogromne ilości odpadów dryfujących na oceanach, ponieważ w tym przypadku żadna ilość wody w odpadzie nie stanowi ograniczenia. – Nasza metoda pozwala na przetwarzanie różnego rodzaju odpadów, jedynym ograniczeniem jest nasza wyobraźnia – dodał naukowiec.
Projekt „Oksydatywne upłynnianie odpadowych tworzyw sztucznych. Badania eksperymentalne wraz z wielowymiarową analizą danych z wykorzystaniem metod chemometrycznych” (Narodowe Centrum Nauki, 2021/41/B/ST8/01770) realizowany jest na Wydziale Inżynierii Środowiska i Energetyki Politechniki Śląskiej w trzech Katedrach: Techniki Cieplnej, Ochrony Powietrza oraz Ogrzewnictwa, Wentylacji i Techniki Odpylania.
Skład zespołu badawczego:
prof. dr hab. inż. Sebastian Werle – kierownik, dr Roksana Muzyka – post-doc, mgr inż. Hamza Mumtaz – doktorant stypendysta, dr hab. inż. Marcin Sajdak – wykonawca, dr inż. Szymon Sobek – wykonawca.
Projekt finansowany jest ze środków Narodowego Centrum Nauki w ramach środków przyznanych w konkursie Opus 21 (nr 2021/41/B/ST8/01770) z budżetem 1 135 500,00 zł. Badania prowadzone będą do stycznia 2025 roku.
tekst: Jolanta Skwaradowska
zdjęcie: istock
Tekst pochodzi z Biuletynu 5 (353( 2023
