שיטה חדשנית להמרת פסולת פלסטיק לכדי חומרים שימושיים

חוקרים במעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת בקולורדו פיתחו תהליך חדש מאפשר המרה של פסולת פלסטיק לכדי חומר מוצא כימי יחיד שימושי במיוחד

[תרגום מאת ד"ר משה נחמני]

התהליך מתבסס על שילוב של שיטות כימיות וביולוגיות על מנת לבצע הליך של מיחזור משביח (upcycle) של שלושה סוגים נפוצים של פלסטיק, והוא עשוי לספק דרך חדשה לשפר תהליכי מיחזור, זאת על ידי ביטול הצורך למיין מראש ולהפריד את סוגי הפלסטיק השונים. "רצינו לפתח תהליך שיוכל לאפשר את ההמרה של תערובת פסולת פלסטיק שרכיביה די שונים," אמר Gregg Beckham מהמעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת בקולורדו, ארה"ב. "המניע שלנו, בהיבט זה, היה באמת לנסות ולהימנע מהניפוי היקר והדי מתיש של תערובת פסולת פלסטיק. ובמקרים רבים פסולת הפלסטיק למעשה קשורה פיזיקלית – בדומה לאריזות רב-שכבתיות או במקרה של בדים."

צוות המחקר הדגים כעת תהליך דו-שלבי המפרק בשלב הראשון את הפולימרים המרכיבים את הפלסטיק המעורב בעזרת תגובה של חמצון עצמי קטליטי ואז בשלב השני הזנת התוצרים המחומצנים לתוך כלי עם חיידקים מהונדסים גנטית. תהליך זה ממיר את התרכובות השונות שנוצרו בשלב הראשון לכדי אחד משני ביו-תוצרים אפשריים. התהליך עושה שימוש בפוליסטירן, פוליאתילן בצפיפות גבוהה ופלסטיק מסוג פוליאתילן טרפתאלט (PET) בתור חומרי גלם, כך שבסופו של דבר ממירים אותם לפוליהידרוקסיאלקאנואטים – פוליאסטר טבעי – או לביתא-קטואדיפאט, הניתנים לשימוש על מנת לייצר ניילון עם ביצועים משופרים.

השלב הראשון בתהליך קיבל את השראתו מתהליך כימי קיים המשמש כבר היום בקנה מידה מסחרי בתעשיה הפטרוכימית, מסביר החוקר הראשי. "זהו נוהג מאוד נפוץ להשתמש בחמצון בתעשיה הכימית על מנת ליצור אבני בניין המייצרות פוליאסטרים וחומרים חשובים אחרים," הוא מוסיף ואומר. "וכמובן, תהליך זה מבוסס ישירות על תהליך Amoco מאמצע המאה הקודמת שבו מחמצנים באופן בררני פרא-קסילן לכדי חומצה טרפתאלית." תוך ניצול של המערכת הקליטית של תהליך אמוקו [קובלט-מנגן-ברומיד] בתגובה עם חומרי הגלם של הפלסטיק ניתן לפרק את הפולימרים השונים שבפסולת הפלסטיק לכדי תערובת של חומצות קרבוקסיליות. תוצרים אלו מגיבים בשלב הבא עם חיידקי קרקע מהונדסים גנטית לשם המשך התהליך. לפני כעשור, צוות המחקר הציע להשתמש בתהליך ניפוי ביולוגי זה עבור המרה של תערובת חומרי ביניים מחומצנים הנגזרים מתוך ליגנין לכדי תוצר יחיד. כעת, אותם חוקרים מיישמים את אותו רעיון עבור תרכובות הנגזרות מפסולת פלסטיק.

השלב הביולוגי של התהליך מתבסס על החיידקPseudomonas putida , שבטבע מעכל חומצה בנזואית ודי-חומצות קרבוקסיליות אלקיליות – תוצרי הפרוק המחומצנים של פוליסטירן וכן פוליאתילן בצפיפות גבוהה. החוקר הראשי מסביר כי גישה של מטבוליזם מהונדס מאפשרת לחוקרים להרחיב את הטווח של המקורות הפחמניים הנצרכים על ידי חיידקים. "היינו צריכים להנדס את החיידק כך שיוכל לעכל את תוצרי הפרוק של חומצה טרפתאלית", הוא מסביר. "לפיכך, השתמשנו באנזימים קטבוליים הממירים חומצה טרפתאלית לכדי אותם חומרי ביניים הנגזרים מתוך פוליסטירן". הנדסה מטבולית נוספת מאפשרת לנו לכוונן את התוצרים הכימיים הנוצרים על ידי החיידק כך שמקבלים או ביתא-קטואדיפאט או פוליהידרוקסיאלקאנואט. "המחקר הנוכחי הוא הראשון המדגים כיצד עוברים מפסולת מעורבת לתוצר טהור תוך שימוש בגישה בינתחומית (כימיה-ביולוגיה) מרתקת", אומר אחד מהמומחים בתחום. "שיטות מיחזור משופרות לפסולת פלסטיק מעורבת חשובה במיוחד לאור העובדה כי הפרדה של חומרים מרובדים תמיד תהיה שלב מאתגר".

כעת, לאחר שצוות המחקר הוכיח כי הרעיון שלהם פועל כהלכה, הוא מקווה לשפר את התהליך, לרבות הרחבת טווח הפולימרים שבהם ניתן להשתמש. "ניסינו את התהליך הזה גם עם פולימרים אחרים ולא מצאנו כל מגבלה במסגרתו", אמר החוקר הראשי.  

תקציר המאמר   

הידיעה אודות המחקר

עוד בנושא באתר הידען:

• מפרקים מחסומים
• חבל ננומטרי וננו-חומרים מורכבים המתארגנים מעצמם
• שיטת גיבוש חדשה תקל על המחקר של מבני חלבונים
• המרת פחמן דו-חמצני לדלק פחמימני בהליך בררני