Een onderzoeksteam van de Universiteit van Adelaide in Australië heeft onlangs een nieuwe studie uitgebracht waarin wordt gesteld dat onderzoekers nieuwe manieren onderzoeken om zonne-energie te gebruiken om afvalplastic om te zetten in waterstof, syngas en andere industriële chemicaliën, in een poging de twee mondiale uitdagingen van plasticvervuiling en schone energie tegelijkertijd aan te pakken. Dit onderzoek werd geleid door Xiao Lu, een promovendus aan de Universiteit van Adelaide, en de relevante resultaten zijn gepubliceerd in "Chem Catalysis".
Uit onderzoek blijkt dat de mondiale jaarlijkse plasticproductie de 500 miljoen ton heeft overschreden, waarvan miljoenen tonnen in de natuurlijke omgeving terechtkomen. Tegelijkertijd is het, nu de mondiale druk om de uitstoot terug te dringen blijft toenemen, steeds dringender geworden om schone energieoplossingen te vinden die fossiele brandstoffen kunnen vervangen. In deze context is het onderzoeksteam van mening dat koolstof- en waterstofrijke kunststoffen niet alleen moeten worden gezien als een belasting voor het milieu, maar ook kunnen worden geherdefinieerd als een exploiteerbare hulpbron.
Volgens de onderzoekers wordt deze technische route ‘solar-driven light reforming’ genoemd. Het basisprincipe is om lichtgevoelige fotokatalytische materialen te gebruiken om kunststoffen bij relatief lage temperaturen af te breken en daarbij waterstof en andere chemische producten van industriële waarde te genereren. Onder hen wordt waterstof algemeen beschouwd als een van de belangrijke schone brandstoffen, omdat het aan het einde van het gebruik vrijwel geen uitstoot veroorzaakt.
Deze methode vereist minder energie dan de traditionele watersplitsing om waterstof te produceren, omdat plastic materialen gevoeliger zijn voor oxidatie. Het onderzoeksteam zei dat deze functie betekent dat de technologie in de toekomst realistischer en haalbaarder kan zijn voor grootschalige toepassing. Recente onderzoeksresultaten tonen aan dat sommige systemen niet alleen een hoge waterstofproductie-efficiëntie hebben bereikt, maar tegelijkertijd ook koolwaterstoffen in het azijnzuur- en dieselbereik kunnen genereren; sommige apparaten zijn zelfs meer dan 100 uur onafgebroken in bedrijf geweest en hebben een voortdurende verbetering in stabiliteit en efficiëntie laten zien.
Onderzoekers geven echter ook toe dat deze technologie nog lang niet op grote schaal wordt geïmplementeerd. Een van de belangrijkste obstakels is dat de samenstelling van plastic afval zelf complex is. Verschillende soorten kunststoffen gedragen zich anders tijdens het conversieproces, en ook additieven zoals kleurstoffen en stabilisatoren kunnen het reactieproces verstoren. Om de algehele prestaties en de kwaliteit van het eindproduct te verbeteren, zijn efficiënte classificatie- en voorverwerkingskoppelingen daarom nog steeds onmisbaar.
Bovendien is het ontwerpen van fotokatalysatoren met sterkere prestaties ook een van de aandachtspunten van het huidige onderzoek. Het onderzoeksteam wees erop dat dergelijke materialen niet alleen een hoge selectiviteit moeten hebben, maar ook duurzaamheid moeten behouden in complexe en agressieve chemische omgevingen om achteruitgang van de efficiëntie in de loop van de tijd te voorkomen. Volgens de onderzoekers gaapt er nog steeds een duidelijke kloof tussen de huidige laboratoriumresultaten en toepassingen in de echte wereld. In de toekomst zullen robuustere katalysatoren en volwassener systeemontwerpen nodig zijn om deze technologie in staat te stellen te voldoen aan de industrialisatie-eisen in termen van efficiëntie en economie.
Naast het reactieproces zelf is ook productscheiding een groot probleem. Omdat het proces vaak een mengsel van gassen en vloeistoffen oplevert, vereist de daaropvolgende zuivering vaak meer energie, waardoor de algehele duurzaamheidsprestaties worden verzwakt. Om deze problemen aan te pakken, bevelen de onderzoekers een meer systematische en alomvattende aanpak aan die katalysatorontwerp, reactortechniek en algemene systeemoptimalisatie combineert, en verder onderzoek doet naar continue stroomreactoren, systemen die zonne-energie koppelen aan thermische of elektrische energie, en procesmonitoringmethoden op een hoger niveau.
Het onderzoeksteam schetst ook het toekomstige versterkingspad van deze technologie, met als doel de komende jaren een hogere energie-efficiëntie te bereiken en de ontwikkeling van het systeem naar continue industriële werking te bevorderen. Onderzoekers zeggen dat met voortdurende innovatie de door zonne-energie aangedreven ‘plastic-to-fuel’-technologie naar verwachting een belangrijke rol zal spelen bij het opbouwen van een duurzame, koolstofarme toekomst.