새로운 플라스틱 업사이클링 기술: 폐기물에서 더 적은 비용으로 연료로

작성자: Pacific Northwest National Laboratory 2022년 8월 22일

플라스틱 폐기물은 언젠가는 환경에 배출되지 않고 유용한 필수 화학 물질로 업사이클될 수 있습니다. 출처: Cortland Johnson의 이미지 | 태평양 북서부 국립 연구소

새로운 기술은 문제가 있는 플라스틱을 매립지에서 전환하여 연료원으로 전환할 수 있습니다.

더 적은 자원으로 더 많은 일을 하는 플라스틱 재활용 혁신은 귀금속 루테늄을 더 적게 사용하면서 동시에 유용한 제품으로의 전환을 증가시킵니다. 이는 오늘(2022년 8월 22일) 시카고에서 열리는 미국화학회(American Chemical Society) 가을 회의에서 발표될 예정입니다.

연구팀을 이끌었던 PNNL(Pacific Northwest National Laboratory) 화학자 Janos Szanyi는 "우리가 보고하는 주요 발견은 금속 부하가 매우 낮다는 것입니다."라고 말했습니다. "이것은 촉매를 훨씬 더 저렴하게 만듭니다."

새로운 기술은 플라스틱을 가치 있는 상용 화학 물질로 보다 효율적으로 변환합니다. 이 과정을 "업사이클링"이라고 합니다. 또한, 다른 보고된 방법에 비해 바람직하지 않은 온실가스인 메탄을 부산물로 발생시키는 양이 훨씬 적습니다.

ACS에서 이 연구를 발표한 박사후 연구원 Linxiao Chen은 "이전에 이 결과를 보여주는 논문이 발표되지 않았다는 사실이 우리에게 매우 흥미로웠습니다."라고 말했습니다. "이 연구는 플라스틱 업사이클링을 위한 효과적이고 선택적이며 다재다능한 촉매를 개발할 수 있는 기회를 보여줍니다."

플라스틱 업사이클링은 현재 매립지와 해변을 어지럽히는 폐탄소를 재사용할 수 있는 방법을 제공합니다. 크레딧: Sara Levine의 애니메이션 | 태평양 북서부 국립 연구소

석유 기반 플라스틱 폐기물은 유용한 내구성 재료 및 연료의 출발 물질 역할을 할 수 있는 탄소 기반 화학 물질의 미개발 공급원을 나타냅니다. 재활용 쓰레기통에 충분한 공급이 있음에도 불구하고 현재 주로 경제적이고 실용적인 이유로 재활용되는 플라스틱은 거의 없습니다. 그러나 PNNL 연구자들은 화학 결합을 효율적으로 끊는 데 전문 지식을 적용하여 역학을 바꾸려고 노력하고 있습니다.

폴리프로필렌이나 폴리에틸렌과 같이 재활용이 어려운 플라스틱에 수소를 첨가하는 반응(가소분해 반응)은 플라스틱 폐기물을 부가가치가 높은 소형 탄화수소로 변환하는 유망한 전략을 제시한다는 것은 잘 알려져 있습니다. 그러나 이 공정을 경제적으로 실현하려면 효율적이고 선택적인 촉매가 필요합니다.

최근 PNNL이 주도한 연구가 탁월한 점이 바로 여기에 있습니다.

과학자 팀은 귀금속 루테늄의 양을 줄이면 실제로 폴리머 업사이클링 효율성과 선택성이 향상된다는 사실을 발견했습니다. 최근 ACS Catalytic 저널에 발표된 연구에서 지지 구조에 대한 금속의 낮은 비율로 인해 구조가 규칙적인 입자 배열에서 무질서한 원자 뗏목으로 이동했을 때 효율성이 향상되었음을 보여주었습니다.

A track record of PNNL expertise in single-atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> 원자 촉매제는 팀이 왜 적은 것이 더 좋은지 이해하는 데 도움이 되었습니다. 연구자들은 분자 수준에서 무질서로의 전환을 관찰한 다음 확립된 이론을 사용하여 이 실험 작업에서 단일 원자가 실제로 더 효과적인 촉매임을 보여주었습니다.

이 연구는 워싱턴 주립대학 풀먼 화학공학 교수이자 PNNL 연구소 연구원인 Yong Wang의 원자 트래핑 및 단일 원자 촉매 연구를 기반으로 합니다.

Gutiérrez는 “단일 원자나 매우 작은 클러스터가 효과적인 촉매를 만들 수 있는 방법을 이해하기 위해 물질적 관점에서 많은 노력이 있었습니다.”라고 말했습니다.

ACS에서 Chen은 시스템 효율성을 향상시키는 데 있어서 지지 물질의 역할을 탐구하는 새로운 연구에 대해서도 설명했습니다.

Chen은 “우리는 산화세륨을 대체하기 위해 더 저렴하고 쉽게 이용할 수 있는 지지 물질을 조사했습니다.”라고 말했습니다. "우리는 화학적으로 변형된 산화티타늄이 폴리프로필렌 업사이클링을 위한 보다 효과적이고 선택적인 경로를 가능하게 할 수 있다는 것을 발견했습니다."