Nuovo metodo catalitico ricicla la plastica in oli lubrificanti, detergenti e cosmetici

Nella nostra vita quotidiana dipendiamo dalla plastica, per comodità non solo con i sacchetti e bottiglie di plastica, ma anche per applicazioni essenziali come imballaggi alimentari e dispositivi medici in cui la plastica è semplicemente il miglior materiale disponibile.
I produttori per soddisfare la domanda in costante aumento, ogni anno in tutto il mondo ora producono quasi 400 milioni di tonnellate di plastica, numero che potrebbe aumentare di quattro volte entro il 2050. Eppure, oggi, buttiamo via oltre i tre quarti delle nostre materie plastiche dopo un solo utilizzo: questi rifiuti se non trattati nelle discariche o nell’ambiente, possono richiedere migliaia di anni per decomporsi. E se potessimo convertire queste materie plastiche in prodotti di alta qualità come oli lubrificanti, detergenti o cosmetici?
Max Delferro, capogruppo del programma di scienze della catalisi nella divisione di scienze chimiche e ingegneria del Dipartimento di Energia (DOE) del Laboratorio Argonne Energy, ha detto:
«Ci siamo posti la domanda, “Plastica, plastica ovunque: cosa possiamo fare al riguardo in termini di riciclaggio chimico?”.  Abbiamo coinvolto un team di esperti e ricercatori delle migliori università per fornire una soluzione. Tra i partner accademici ha collaborato la Northwestern University, la Cornell University, la University of South Carolina e la University of California, Santa Barbara».
Aaron Sadow, scienziato, componente del team del progetto presso il laboratorio Ames, ha detto:
«Ci sono certamente cose che possiamo fare come società per ridurre il consumo di plastica in alcuni casi, ma ci saranno sempre situazioni in cui la plastica è difficile da sostituire, quindi vogliamo davvero vedere cosa possiamo fare per trovare valore nei rifiuti».
È emerso che mentre alcuni rifiuti di plastica sono riciclati, rispetto al polimero originale il prodotto risultante è generalmente di qualità e valore inferiore.
Il team multi-istituzionale in uno studio pubblicato sulla rivista ACS Central Science, ha riportato un metodo catalitico per convertire selettivamente la plastica scartata in prodotti di qualità superiore, come oli lubrificanti o cere; a loro volta, le cere possono essere trasformate in prodotti di uso quotidiano come detergenti e cosmetici.
Max Delferro ha aggiunto:
«Le materie plastiche, come il polietilene, non si degradano facilmente a causa dei loro legami carbonio-carbonio molto forti. Abbiamo cercato di recuperare l’elevata energia che tiene insieme quei legami convertendo cataliticamente le molecole di polietilene in prodotti commerciali a valore aggiunto. Il polietilene e in particolare altre poliolefine, catalicamente sono difficili da decostruire».
Il catalizzatore stesso è costituito da nanoparticelle di platino – ciascuna delle dimensioni di soli due nanometri – mantenute in posizione su nanocuboidi di perovskite di dimensioni di circa cento nanometri. Il team ha scelto la perovskite perché è molto stabile alle temperature e alle pressioni richieste per la catalisi e ha dimostrato di essere un materiale eccezionalmente buono per la conversione di energia. Ha la peculiarità di essere un ottimo conduttore, utilizzabile nelle nuove tecnologie concernenti le energie rinnovabili.
Il team di ricercatori per il difficile compito di depositare nanoparticelle di un materiale su nanoparticelle più grandi di un altro materiale, ha preferito un metodo di deposizione di strati atomici per lo sviluppo di catalizzatori, una tecnica sviluppata dal Laboratorio nazionale Argonne Energy e la Northwestern University, consente un controllo preciso delle dimensioni delle nanoparticelle.

Prove tecniche del catalizzatore
I ricercatori per testare il catalizzatore hanno iniziato con il polietilene, il componente più comune fra le materie plastiche. Il catalizzatore nelle opportune condizioni di reazione ha convertito il polietilene in un prodotto liquido di alta qualità ad alto rendimento. Successivamente, hanno testato il catalizzatore con un sacchetto di plastica commerciale. Sorprendentemente, il catalizzatore era altrettanto efficace con il sacchetto di plastica di puro polietilene, produceva molto meno idrocarburi leggeri (metano, etano, ecc.), generati dalla pirolisi – un processo che implica il riscaldamento ad alte temperature – o l’uso di un catalizzatore convenzionale composto di nanoparticelle di platino su un substrato di allumina.
Il team di ricercatori dopo successivi studi in laboratorio, che includevano calcoli teorici, ha scoperto che due caratteristiche principali contribuiscono all’efficacia del loro catalizzatore:
– la stabilità termica delle nanoparticelle di platino sulle particelle di perovskite più grandi, a causa della stretta corrispondenza geometrica tra le forme cubiche delle nanoparticelle e il supporto;
– la non porosità del materiale perovskite, che promuove la reazione catalitica.
Il team ha detto:
«Siamo lieti di aver scoperto questa nuova tecnologia che ci aiuterà a superare il problema crescente dell’accumulo di rifiuti di plastica. I nostri risultati hanno ampie implicazioni per lo sviluppo di un futuro in cui possiamo continuare a beneficiare delle materie plastiche, ma in modo sostenibile e meno dannoso per l’ambiente e potenzialmente per la salute umana».
Max Delferro in conclusione ha detto:
«L’inquinamento da plastica è ovviamente un grosso problema, nessuno vuole andare in vacanza al mare solo per trovare materie plastiche sparse ovunque. I nostri risultati sembrano molto promettenti per contribuire alla missione dei laboratori nazionali di risolvere alcuni dei problemi più complessi del mondo».

Pino Silvestri

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Pino Silvestri, blogger per diletto, fondatore, autore di Virtualblognews, presente su Facebook e Twitter.
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