Գյուղատնտեսական թափոններից ստացված կայուն պլաստիկն արդեն իրականություն է

Կայուն (և տնտեսող) պոլիամիդներ՝ սկսած կենսազանգվածից արդյունահանվող շաքարից. արդեն պատրաստ է սպին-օֆֆ՝ դրանք շուկա հանելու համար։

Կայուն պոլիամիդներ, ուսումնասիրությունը Շվեյցարիայում
Կայուն պոլիամիդային մանրաթելեր (ներկված և բնական) արտամղումից հետո (Photo: Lorenz Manker/EPFL)

Որոնումը կայուն նյութեր երբեք այսքան հրատապ չի եղել. մի աշխարհում, որը գնալով թուլանում է հետևանքներից գլոբալ տաքացում և զարգացող երկրների շատ արագ զարգացման հետ կապված, ամենակարևոր մարտահրավերներից մեկն այն է, որ ներկայացված է. պլաստիկ, այժմ ամենուրեք մեզանից յուրաքանչյուրի առօրյա կյանքում՝ մոլորակի մի ծայրից մյուսը։

Ի լրումն խնդրի պլաստիկ նյութերի հեռացում, մտահոգիչ է նաև այն փաստը, որ այդ նյութերը արտադրվում են հանածո վառելիք, այդ իսկ պատճառով դրանց սինթեզն ուղղակիորեն ազդում էջերմոցային գազերի արտանետում և գլոբալ տաքացում:

EPFL-ի գիտնականները, սակայն, մշակել են արտադրության կայուն մեթոդ բարձրորակ պլաստմասսա, ինչպես պոլիամիդները, սկսած մեկից գյուղատնտեսական թափոններից արդյունահանվող շաքար, մասնավորապես կենսազանգվածից, ինչպիսիք են փայտը կամ եգիպտացորենի կոճղերը:

Երբ նանոպլաստիկները այն չեն, ինչ թվում են
«կանաչ» էլեկտրոնիկայի համար վերականգնվող հումքի սխեմաներ

Բրածո պլաստիկի կոնկրետ այլընտրանք
Գյուղատնտեսական թափոններից սինթեզված կայուն պոլիամիդներով պատրաստված թափանցիկ թաղանթ (Լուսանկարը՝ Lorenz Manker/EPFL)

Կայուն պլաստիկ, իսկապես կարևոր մարտահրավեր մոլորակի համար

Արտադրել բարձրորակ պլաստիկ նյութեր այն կայուն կերպով է վճռորոշ մարտահրավեր մոլորակի ապագայի համար, հատկապես եթե հաշվի առնենք, որ բարձր արդյունավետության նյութերի մեծ մասը, ինչպիսիք են նեյլոնը կամ այսպես կոչված տեխնոպոլիմերները, օգտագործում են. անուշաբույր պրեկուրսորներ որոնց կայուն աղբյուրը դեռևս շատ դժվար է:

Այս խնդրի նկատմամբ առաջամարտիկ մոտեցումը գալիս է թիմի կողմից իրականացված ուսումնասիրությունից Ջերեմի Լյութերբախեր Լոզանի դաշնային պոլիտեխնիկի հենց նոր հրապարակվել է «Բնության կայունություն» թեմայով:Հետազոտողներին հաջողվել է սինթեզել մի քանիսը պոլիամիդներ, պլաստմասսաների դաս, որին պատկանում են նեյլոնի տարբեր տեսակներ՝ սկսած ա շաքարի միջուկը ստացված գյուղատնտեսական թափոններից.

Ոչ միայն նոր մեթոդ օգտագործում է վերականգնվող ռեսուրս, այլև հաջողվում է արդյունավետորեն հասնել այս վերափոխմանը և ա շրջակա միջավայրի նվազագույն ազդեցությունը.

"Բրածոների վրա հիմնված տիպիկ պլաստիկներին անհրաժեշտ են անուշաբույր խմբեր՝ իրենց պլաստմասսաներին կոշտություն հաղորդելու համար, ինչը նրանց տալիս է կատարողական հատկություններ, ինչպիսիք են. կարծրություն, ուժ և դիմադրություն բարձր ջերմաստիճաններում», - բացատրում է Լյուտերբախերը:

"Այստեղ մենք ստանում ենք նմանատիպ արդյունքներ, բայց մենք օգտագործում ենք շաքարի կառուցվածք, որը հանդիպում է բնության մեջ ամենուր և, ընդհանուր առմամբ, ամբողջովին ոչ թունավոր է, ապահովելու կոշտություն և կատարողական հատկություններ".

Թափոններից ստացված ածխաջրերը, ինչպես մենք կարդում ենք ուսումնասիրության մեջ, ի վիճակի է պլաստմասսայից առաջադիմություն տալ, որը կարող է մրցակցել դրանց հետ «դասական» կամ կիսաբուրավետ պոլիմերներ.

Քիմիա և նորաձևություն. երբ ամեն ինչ… գործվածքի մասին է
Պլաստիկ Ատլանտյան օվկիանոսում. 5 ամենավտանգավոր տարածքները կենդանիների համար

Կայուն պոլիամիդներ գյուղատնտեսական թափոններից
Նոր պոլիամիդային նյութը դեռևս կաղապարի մեջ է ներարկման ձևավորումից հետո (Լուսանկար՝ 2024 EPFL)

Այն պոլիամիդները, որոնք կայուն են և մրցունակ գնով…

Լորենց Մանկեր և նրա գործընկերները մշակեցին այն փոխակերպելու առանց կատալիզատորի գործընթաց xylose dimethyl glyoxylate (DMGX), կայունացված ածխաջրեր, որը ստացվում է անմիջապես կենսազանգված, ինչպիսիք են փայտը կամ եգիպտացորենի կոճղերը, պատրաստված բարձրորակ պոլիամիդներից։

Գործընթացը, բացի կայուն լինելուց, նաև չափազանց արդյունավետ է. իրականում այն ​​հասնում է տպավորիչի ատոմային արդյունավետությունը՝ 97 տոկոս, ինչը նշանակում է, որ գրեթե ամբողջ սկզբնական նյութը օգտագործվում է վերջնական արտադրանքի մեջ՝ կտրուկ նվազեցնելով թափոնները։

Գիտնականներին հաջողվել է ձեռք բերել ամորֆ պոլիամիդներ բրածոների վրա հիմնված կիսաբուրավետ այլընտրանքների հետ համեմատելի կատարողականությամբ: Ինչպես նշվում է ուսումնասիրության մեջ, «չնայած ածխաջրային միջուկի առկայությանը, այս նյութերը պահպանում են իրենց ջերմամեխանիկական հատկությունները բարձր կտրվածքային մեխանիկական վերամշակման բազմաթիվ ցիկլերի և դրանք կարող են քիմիապես վերամշակվել".

Ոչ միայն դա. տեխնիկա-տնտեսական վերլուծությունը և նոր կայուն պոլիամիդների կյանքի ցիկլի գնահատումը ցույց են տվել, որ այդ նյութերը կարող են ունենալ «un մրցունակ գին համեմատ ավանդական պոլիամիդների, ներառյալ նեյլոնների (օրինակ նեյլոն 66), ա գլոբալ տաքացման ներուժի կրճատում մինչև 75 տոկոսով".

Ինչպես կարդում ենք ուսումնասիրության մեջ, պոլիամիդներն ունեն բարձր շուկայական արժեք, որոնց գները տատանվում են 3-7 դոլարի սահմաններում նեյլոնի համար 66-ից մինչև 20 դոլար մեկ կիլոգրամի համար՝ բարձր արդյունավետությամբ թթվային պոլիֆթալատների (PPAs) համար դրանց համապոլիմերները։

Ահա առաջին վանիլային պաղպաղակը, որն արտադրվել է... պլաստիկ թափոններից
Թուղթը նոր պլաստիկա՞ն է: Որոշ հարցեր կայունության վերաբերյալ

Կայուն մոնոմեր, որը կարող է փոխել պլաստիկը
Լորենց Մանկերը՝ հետազոտության առաջին հեղինակը, 1,5 կգ DMGX մոնոմեր ձեռքին կեցվածք է ընդունում պոլիմերացման ռեակտորի դիմաց (Լուսանկարը՝ 2024 EPFL)

Արդյունավետ գործընթաց, որը կարող է նվազեցնել շրջակա միջավայրի ազդեցությունը

Մեկնարկային կետ համար կայուն պոլիամիդներ քսիլոզադիմեթիլգլյոքսիլատ է (DMGX), պոլիմերային պրեկուրսոր, որը կարող է արտադրվել հասանելի կենսազանգվածից և որն արդեն օգտագործվել է արտադրության համար։ քայքայվող պոլիեսթեր.

Նոր ուսումնասիրության մեջ նույն միացությունն օգտագործվում է բարձր մոլեկուլային քաշի պոլիամիդների սինթեզի համար՝ օգտագործելով հալվում է 250 աստիճանի ջերմաստիճանում, առանց կատալիզատորի անհրաժեշտության և արձագանքման ընդամենը երեք ժամ տևողությամբ։

Ինժեներական պոլիամիդների մեջ ներառելու համար կայուն մոնոմերների արտադրությունը կարող է զգալիորեն կրճատվել քիմիական արդյունաբերության շրջակա միջավայրի հետքը, միաժամանակ առաջարկելով հնարավորությունը բարձրացնել լիգնոցելյուլոզային կենսազանգվածի շահութաբերությունը բացելով շուկա, որն ունի բարձր ավելացված արժեք՝ համեմատած հիմնական պոլիեսթերների և պոլիոլեֆինների շուկայի հետ:

Ավանդական պոլիամիդներ, ինչպիսիք են նեյլոն կամ կեվլար, ունեն բարձր դիմադրություն հարվածների, մաշվածության, լուծիչների և յուղերի նկատմամբ՝ ապահովելով ողջամիտ ջերմամեկուսացում։

Կայունության առումով, սակայն, դեռ շատ աշխատանք կա անելու։ Սա կարելի է հստակ տեսնել՝ հաշվի առնելով գլոբալ տաքացման պոտենցիալ (GWP), որն արտահայտում է նյութի ներդրումը ջերմոցային էֆեկտում և որը հատկապես բարձր է պոլիամիդների համար: Ինչպես նշվում է ուսումնասիրության մեջ, «ամենատարածված պոլիամիդը՝ նեյլոն 66-ը, ունի GWP մոտավորապես 8-9 կգ CO2-ին համարժեք մեկ կիլոգրամի համար:», 3 կգ-ի համեմատ պոլիէթիլենային տերեֆտալատ (PET).

Հետաքրքիր է նաև նշել, թե ինչպես է նեյլոնի սինթեզ, GWP-ի մեծ մասը պայմանավորված է հենց պրեկուրսորով, այսինքն՝ ադիպաթթվով, որը միայնակ «կշռում է» 8,5 կգ։

Նորարարություններ և պաշտպանություն. օվկիանոսի մաքրում պլաստիկից զերծ ծովերի համար
Ծովից մինչև թվային թանգարան. Archeoplastica-ն փրկում է մոլորակը

Կայուն պոլիամիդներ գյուղատնտեսական թափոններից. ուսումնասիրություն
Գյուղատնտեսական թափոններից պատրաստված պոլիամիդը ամուր և ճկուն է և կարող է ոլորվել և հյուսվել առանց կոտրվելու (Լուսանկար՝ 2024 EPFL)

Բրածո պլաստիկի օգտագործման իրական կոնկրետ այլընտրանք

"Մեր նյութի ընդհանուր կայունությունը վերլուծելիս մենք հաշվի առանք նաև շրջակա միջավայրի վրա ազդեցության այլ կատեգորիաներ, բացի GWP-ից», - բացատրում են գիտնականները։ Ինչպես հաճախ է պատահում կենսաբանական հիմքով արտադրանք, այս պոլիամիդների արտադրության բնապահպանական բեռը տեղափոխվում է այլուր, մասնավորապես՝ ներառելով հողի բնական վերափոխում և ինտենսիվ գյուղատնտեսության հետևանքով առաջացած էկոտոքսիկություն:

-ից ստացված պլաստիկ գյուղատնտեսական թափոններ, մենք կարդում ենք ուսումնասիրության մեջ, «նվազեցրել է այս ծանրաբեռնվածությունը՝ համեմատած այլ կենսաբանական պոլիամիդների հետ, որոնք աճեցնում են նավթային մշակաբույսեր բացառապես այդ նպատակով (օրինակ՝ գերչակի յուղից ստացված պոլիամիդներ)»: Ավելին, բուսական յուղերի փոխարեն գյուղատնտեսական մնացորդների օգտագործումը զգալիորեն նվազեցնում է ազդեցությունը ցամաքային թթվայնացման վրա, վրաքաղցրահամ ջրի էվտրոֆիկացիա, ծովային էկոտոքսիկության և հանածո վառելիքի սպառման վերաբերյալ։

EPFL հետազոտողների կողմից մշակված կենսաբանական պոլիամիդները առաջարկում ենբրածո պլաստիկի շատ խոստումնալից այլընտրանք, մի շարք ծրագրերի համար՝ սկսած ավտոմոբիլային բաղադրիչներից մինչև թելեր 3D տպագրության համար և սպառողական ապրանքներ։

"Գտնել պլաստիկ պրեկուրսորներ, որոնք կարող են սինթեզվել բարձր արդյունավետությամբ առատ և վերականգնվող հումք, որոնք համատեղելի են տարբեր քիմիական նյութերի հետ և որոնք կարող են առաջարկել անուշաբույր մոնոմերների և ֆտալատների կատարողական հատկությունները, մեծապես կհեշտացնեն մրցակցություն նավթամթերքների հետ», կրկին ցույց է տալիս ուսումնասիրությունը։

Ճանապարհը դեռ երկար է, բայց առաջընթացը արագ է ընթանում. այս նոր նյութերի արտադրությունն արդեն մասշտաբային փուլում է՝ շնորհիվ Bloom Biorenewables, EPFL spin-off-ը որի նպատակն է դրանք շուկա հանել: Բրածո պլաստիկի կոնկրետ այլընտրանքն արդեն իրականություն է։

Ինչպես միկրո և նանոպլաստիկները հայտնվում են Արկտիկայի սառույցներում
Տանյա Զիմերման. «Մենք փորձում ենք «նյութականացնել» էներգիան»

Հանածո պլաստիկի այլընտրանքը գալիս է գյուղատնտեսական թափոններից
iPhone-ի կափարիչը 3D տպագրված՝ օգտագործելով նոր կայուն պոլիամիդի թելիկ (Լուսանկար՝ 2024 EPFL)