Onderzoekers van de Tokyo Metropolitan University hebben een nieuw chemisch proces ontwikkeld dat polyesters, waaronder PET uit plastic flessen, recycleert tot morfolinamide, een waardevolle en veelzijdige bouwsteen die kan worden gebruikt om een breed scala aan verbindingen te synthetiseren. De reactie heeft een hoog rendement, is afvalvrij, vereist geen schadelijke chemicaliën en is gemakkelijk schaalbaar. Het team brak met succes uit de vaak kostbare gesloten recyclingcyclus van plastic afval en fietste omhoog, waardoor waardevollere producten werden geproduceerd.
Traditionele recycling en upcycling
In de strijd tegen plasticafval speelt recycling een integrale rol. Maar tegen welke prijs? In het geval van polyesterrecycling, waaronder polyethyleentereftalaat (PET) in plastic flessen, is vaak elektriciteit nodig om de vereiste chemische reacties op voldoende hoge temperaturen te brengen, of zijn er sterk alkalische omstandigheden nodig om chemisch afval te creëren. Ten slotte wordt de tussenverbinding die we krijgen gebruikt om hetzelfde product te maken. Dit zou niet alleen verspilling zijn, maar ook economisch onhaalbaar.
Dit is waar de ‘opwaartse’ cyclus vandaan komt. Wetenschappers hebben gewerkt aan het doorbreken van deze gesloten cyclus en het creëren van verbindingen uit plastic afval die waardevoller en nuttiger zijn voor de samenleving. Dit soort 'open-loop'-programma's vormen een belangrijk onderdeel van een praktische strategie om ons te helpen bij de overgang naar een groene samenleving.
Doorbraken in chemische transformaties
Nu heeft een onderzoeksteam onder leiding van universitair hoofddocent Yohei Ogiwara en professor Mitsuhiro Nomura van de Tokyo Metropolitan University een methode voorgesteld die vrijwel geen afval genereert om polyester om te zetten in een multifunctionele bouwsteen die kan worden omgezet in een verscheidenheid aan waardevolle verbindingen. Ze gebruikten een goedkoop oplosmiddel genaamd morfoline en een kleine hoeveelheid van een op titanium gebaseerde katalysator om de polyester om te zetten in morfolinoamide. Ze kunnen niet alleen worden omgezet in tussenverbindingen die meer polyester opleveren (recycling), ze kunnen ook gemakkelijk reageren om ketonen, aldehyden en aminen te produceren, allemaal belangrijke families van chemicaliën die kunnen worden gebruikt om een groot aantal andere, waardevollere verbindingen te maken (upcycling).
Het nieuwe proces vereist geen dure reagentia of zware omstandigheden en produceert vrijwel geen chemisch afval. De opbrengsten zijn zeer hoog en elk niet-gereageerd oplosmiddel kan gemakkelijk worden opgevangen. Ze ontdekten ook dat er slechts een kleine hoeveelheid katalysator nodig was om de reactie met een redelijke snelheid op gang te brengen, en dat het enige dat nodig was om het product te isoleren eenvoudige filtratie was. Een belangrijk punt dat door het onderzoeksteam wordt benadrukt, is dat de hoofdreactie plaatsvindt bij normale druk, wat betekent dat er geen speciale reactievaten of apparatuur nodig zijn. Hierdoor is de reactie zelfs in het laboratorium gemakkelijk schaalbaar. Het onderzoeksteam bewees dit door 50 gram PET-materiaal uit een echte PET-drankfles te extraheren, deze te laten reageren met morfoline en meer dan 70 gram morfolinamide te verkrijgen, met een opbrengst van 90%.
Impact en toekomstpotentieel
Nu het mondiale plasticafvalprobleem groeit, zijn er gedurfde nieuwe strategieën nodig om plastic aan te pakken en het opnieuw in de samenleving te integreren. Als goedkope, afvalvrije upcycling-optie kunnen de bevindingen van het team binnenkort worden toegepast om polyesterafval om te zetten in speciale chemicaliën.