- นักวิจัยนำชิ้นส่วนที่แตกหักไปสัมผัสกับอากาศโดยรอบ ด้วยความชื้นเพียงเล็กน้อยในอากาศ เมื่อ PET สลายตัวแล้ว จะถูกแปลงเป็นโมโนเมอร์ องค์ประกอบสำคัญของพลาสติก
- ในเวลาเพียงสี่ชั่วโมง สามารถกู้คืนพลาสติก ได้ถึง 94% ตัวเร่งปฏิกิริยายังมีความทนทานและสามารถนำมาใช้ซ้ำได้หลายครั้งโดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพ
- นักวิจัยคาดว่าโมโนเมอร์เหล่านี้สามารถนำไปรีไซเคิลเป็นผลิตภัณฑ์ PET ใหม่หรือวัสดุอื่น ๆ ที่มีมูลค่ามากกว่าได้
นักเคมีจากมหาวิทยาลัยนอร์ทเวสเทิร์นในรัฐอิลลินอยส์ พัฒนาวิธีใหม่ในการย่อยสลายพลาสติกที่หมดอายุการใช้งานด้วยการใช้ความชื้นจากอากาศ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ไม่เป็นพิษ เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ปลอดภัยกว่า สะอาดกว่า ถูกกว่า และยั่งยืนกว่าวิธีการรีไซเคิลพลาสติกในปัจจุบัน อาจนำไปสู่การสร้างเศรษฐกิจหมุนเวียนสำหรับพลาสติกได้
“สหรัฐเป็นประเทศที่ก่อมลพิษทางพลาสติกมากที่สุดต่อหัวประชากร แต่รีไซเคิลพลาสติกเพียง 5% เท่านั้น เราต้องการเทคโนโลยีที่ดีขึ้นสำหรับการประมวลผลขยะพลาสติกประเภทต่าง ๆ ได้ เทคโนโลยีส่วนใหญ่ที่มีอยู่มักจะทำได้แค่หลอมขวดพลาสติกและรีไซเคิลเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพต่ำ” โยซี กราทิช ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านเคมีจากมหาวิทยาลัยนอร์ธเวสเทิร์น ผู้เขียนร่วมของการศึกษากล่าว
งานวิจัยนี้ใช้ประโยชน์จากความชื้นจากอากาศในการย่อยสลายพลาสติก ทำให้ได้กระบวนการที่สะอาดและคัดเลือกเป็นพิเศษด้วยการกู้คืนโมโนเมอร์เป็นองค์ประกอบพื้นฐานของ PET จึงสามารถนำกลับมาใช้ใหม่หรือแม้แต่อัปไซเคิลให้เป็นวัสดุที่มีค่ามากขึ้นได้
“การศึกษาของเรานำเสนอวิธีแก้ปัญหาที่ยั่งยืนและมีประสิทธิภาพ ให้กับความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อมที่เร่งด่วนที่สุดของโลก นั่นคือ ขยะพลาสติก” นาวีน มาลิก ผู้เขียนคนแรกของการศึกษานี้กล่าว
วิธีการรีไซเคิลพลาสติกแบบดั้งเดิม มักมีผลพลอยได้ที่เป็นอันตรายออกมาด้วย เช่น ของเสียที่เป็นเกลือ อีกทั้งต้องใช้พลังงานหรือสารเคมีจำนวนมาก แตกต่างจากกระบวนการที่ใช้ความชื้นในอากาศ ที่ปราศจากตัวทำละลาย แต่อาศัยความชื้นเล็กน้อยจากอากาศโดยรอบ ซึ่งเป็นวิธีที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และสามารถใช้ได้ในโลกแห่งความจริง
แก้ขยะพลาสติกล้นโลก
พลาสติก PET มักใช้ในบรรจุภัณฑ์อาหารและขวดเครื่องดื่ม โดยคิดเป็น 12% ของพลาสติกทั้งหมดที่ใช้ทั่วโลก เนื่องจากพลาสติกชนิดนี้ไม่สลายตัวได้ง่าย จึงเป็นสาเหตุหลักของมลภาวะจากพลาสติก เพราะพลาสติกประเภทนี้มักจะถูกนำไปฝังกลบ จนแตกตัวออกเป็นไมโครพลาสติกหรือนาโนพลาสติกขนาดเล็กเมื่อเวลาผ่านไป อนุภาคเหล่านี้จะลอยไปตามลม ตกลงไปในแหล่งน้ำและดินในที่สุด
ปัจจุบันนักวิจัยพยายามค้นหาวิธีใหม่ ๆ ในการรีไซเคิลพลาสติกอยู่เสมอ แต่วิธีที่พบส่วนใหญ่จะต้องอาศัยสภาวะที่รุนแรง เช่น อุณหภูมิที่สูงมาก พลังงานที่เข้มข้น และตัวทำละลาย ซึ่งก่อให้เกิดผลพลอยได้ที่เป็นพิษ
นอกจากนี้ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในการทำปฏิกิริยาเหล่านี้ เช่น แพลตตินัมและแพลเลเดียม มักมีราคาแพง หรือเป็นพิษ ทำให้เกิดของเสียที่เป็นอันตรายมากยิ่งขึ้น อีกทั้งหลังจากที่ทำปฏิกิริยาเสร็จแล้ว นักวิจัยต้องแยกวัสดุรีไซเคิลออกจากตัวทำละลาย ซึ่งอาจเป็นกระบวนการที่ใช้เวลานานและใช้พลังงานมาก
“การใช้ตัวทำละลายมีข้อเสียหลายประการ ไม่ว่าจะเป็นตัวทำละลายืที่มีราคาแพง แถมต้องให้ความร้อนกับตัวทำละลายด้วยอุณหภูมิสูง และเมื่อทำปฏิกิริยาเสร็จสิ้น จะต้องแยกสารต่าง ๆ มากมาย เพื่อให้ได้มาซึ่งโมโนเมอร์” กราทิชกล่าว
นักวิจัยจึงใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโมลิบดีนัมและถ่านกัมมันต์ ซึ่งทั้งสองอย่างนี้มีราคาไม่แพง มีปริมาณมาก และไม่มีพิษ เพื่อเริ่มต้นกระบวนการนี้ นักวิจัยได้เติม PET ลงในตัวเร่งปฏิกิริยาและถ่านกัมมันต์ จากนั้นจึงให้ความร้อนกับส่วนผสม
พลาสติกโพลีเอสเตอร์เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีหน่วยซ้ำกัน ซึ่งเชื่อมเข้าด้วยกันด้วยพันธะเคมี หลังจากช่วงเวลาสั้น ๆ พันธะเคมีภายในพลาสติกจะแตกออกจากกัน จากนั้นนักวิจัยได้นำวัสดุไปสัมผัสกับอากาศ ด้วยความชื้นเพียงเล็กน้อยจากอากาศ วัสดุดังกล่าวจึงกลายเป็นกรดเทเรฟทาลิก (TPA) ซึ่งเป็นสารตั้งต้นที่มีค่ามากสำหรับโพลีเอสเตอร์ ผลิตภัณฑ์พลอยได้เพียงอย่างเดียวคือ “อะเซทัลดีไฮด์” (acetaldehyde) ซึ่งเป็นสารเคมีในอุตสาหกรรมที่มีค่าและกำจัดออกได้ง่าย
อากาศมีความชื้นในปริมาณมาก ทำให้เป็นแหล่งทรัพยากรที่พร้อมใช้งานและยั่งยืนสำหรับปฏิกิริยาเคมี ถึงแม้ว่าจะอยู่ในสภาพอากาศที่ที่ค่อนข้างแห้งแล้ง บรรยากาศก็กักเก็บน้ำไว้โดยเฉลี่ยประมาณ 10,000-15,000 ลูกบาศก์กิโลเมตร
การใช้ความชื้นในอากาศช่วยให้กำจัดตัวทำละลายจำนวนมาก ลดการใช้พลังงาน และหลีกเลี่ยงการใช้สารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ทำให้กระบวนการสะอาดขึ้นและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น
“มันได้ผลดีมาก เมื่อเราเติมน้ำเพิ่มเข้าไป มันก็หยุดทำงานเพราะมีน้ำมากเกินไป มันเป็นความสมดุลที่ดี แต่ปรากฏว่าปริมาณน้ำในอากาศนั้นพอดี” กราทิชกล่าว
กระบวนการที่ได้นั้นรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ ในเวลาเพียงสี่ชั่วโมง สามารถกู้คืน TPA ได้ถึง 94% ตัวเร่งปฏิกิริยายังมีความทนทานและรีไซเคิลได้ ซึ่งหมายความว่าสามารถนำมาใช้ซ้ำได้หลายครั้งโดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพ
อีกทั้ง วิธีนี้ใช้ได้กับพลาสติกแบบผสมด้วยเช่นกัน โดยจะคัดแยกออกมาเฉพาะโพลีเอสเตอร์เท่านั้น ด้วยลักษณะเฉพาะนี้ กระบวนการนี้จึงไม่ต้องแยกพลาสติกก่อนใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งถือเป็นข้อได้เปรียบทางเศรษฐกิจที่สำคัญสำหรับอุตสาหกรรมรีไซเคิล
เมื่อทีมวิจัยได้ทดสอบกระบวนการนี้กับขยะพลาสติก เช่น ขวดพลาสติก เสื้อ และขยะพลาสติกผสม ก็พบว่ากระบวนการนี้มีประสิทธิภาพไม่แพ้กัน โดยสามารถย่อยพลาสติกที่มีสีให้กลายเป็น TPA บริสุทธิ์ไม่มีสีได้ด้วย
นักวิจัยวางแผนที่จะขยายขอบเขตของกระบวนการนี้เพื่อการใช้งานในอุตสาหกรรม โดยนักวิจัยตั้งเป้าที่จะปรับปรุงกระบวนการนี้ให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานขนาดใหญ่ เพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการนี้สามารถจัดการกับขยะพลาสติกจำนวนมากได้
แหล่งข้อมูล
