Muhammad Rabnawaz, professore associato presso la prestigiosa School of Packaging della Michigan State University e recentemente inserito nella National Academy of Inventors, ha sempre creduto che la soluzione più brillante sia anche la più semplice.
Questa convinzione si riflette nella nuova pubblicazione del suo team sulla rivista Sistemi sostenibili avanzati.
Rabnawaz e i suoi colleghi hanno dimostrato che il cloruro di sodio – il sale da cucina – può avere prestazioni migliori di materiali molto più costosi attualmente allo studio per aiutare a riciclare la plastica.
“Questo è davvero emozionante”, ha detto Rabnwaz. “Abbiamo bisogno di soluzioni semplici e a basso costo per affrontare un grosso problema come il riciclaggio della plastica.”
Sebbene la plastica sia stata storicamente commercializzata come riciclabile, la realtà è che quasi il 90% dei rifiuti di plastica negli Stati Uniti finisce nelle discariche, negli inceneritori o come inquinamento nell’ambiente.
Uno dei motivi per cui la plastica è diventata così usa e getta è che i materiali recuperati dal riciclo non hanno abbastanza valore per spendere il denaro e le risorse necessarie per ottenerli.
Secondo le proiezioni del team, il sale da cucina potrebbe ribaltare l’economia e ridurre drasticamente i costi quando si tratta di un processo di riciclaggio noto come pirolisi, che funziona attraverso una combinazione di calore e chimica.
Sebbene Rabnawaz si aspettasse che il sale avesse un impatto a causa della sua capacità di condurre il calore, è rimasto comunque sorpreso dal suo funzionamento. Ha sovraperformato i costosi catalizzatori – sostanze chimiche progettate per stimolare le reazioni – e crede che il suo team abbia appena iniziato a sfruttare il suo potenziale.
Inoltre, il lavoro sta già attirando l’attenzione di grandi nomi dell’industria, ha affermato.
In effetti, la ricerca è stata parzialmente supportata da Conagra Brands, un’azienda di beni di consumo confezionati. Anche il Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti e MSU AgBioResearch hanno contribuito a finanziare il lavoro.
Un catalizzatore degno di nota
La pirolisi è un processo che scompone la plastica in una miscela di composti più semplici a base di carbonio, che si presentano in tre forme: gas, olio liquido e cera solida.
Questo componente di cera è spesso indesiderabile, ha detto Rabnawaz, ma può rappresentare più della metà dei prodotti, in peso, degli attuali metodi di pirolisi. Questo anche quando si utilizzano catalizzatori, che sono utili, ma spesso possono essere tossici o proibitivamente costosi da applicare nella gestione dei rifiuti di plastica.
Il platino, ad esempio, ha proprietà catalitiche molto interessanti, motivo per cui viene utilizzato nei convertitori catalitici per ridurre le emissioni nocive delle automobili. Ma è anche molto costoso, ecco perché i ladri rubano i catalizzatori.
Anche se è improbabile che i banditi rubino materiali a base di platino da un soffocante reattore di pirolisi, tentare di riciclare la plastica con quei catalizzatori richiederebbe comunque un ingente investimento: milioni, se non centinaia di milioni, di dollari, ha detto Rabnwaz. E gli attuali catalizzatori non sono sufficientemente efficienti da giustificare tale costo.
“Nessuna azienda al mondo ha così tanti soldi da bruciare”, ha detto Rabnwaz.
In lavori precedenti, Rabnawaz e il suo team hanno dimostrato che l’ossido di rame e il sale da cucina funzionavano come catalizzatori per scomporre una plastica nota come polistirolo. Ora, hanno dimostrato che il solo sale da cucina può eliminare il sottoprodotto della cera nella pirolisi delle poliolefine, polimeri che rappresentano il 60% dei rifiuti di plastica.
“Quel primo articolo era importante, ma non mi sono entusiasmato finché non abbiamo lavorato con le poliolefine”, ha detto Rabnawaz. “Le poliolefine sono enormi e abbiamo appena sovraperformato i catalizzatori costosi.”
Insieme a Rabnawaz in questo progetto c’erano Christopher Saffron, professore associato presso la Facoltà di Agricoltura e Risorse Naturali, lo studioso in visita Mohamed Shaker e lo studente di dottorato della MSU Vikash Kumar.
Utilizzando il sale da cucina come catalizzatore per pirolizzare le poliolefine, il team ha prodotto principalmente olio liquido contenente molecole di idrocarburi simili a quello che si trova nel carburante diesel, ha detto Rabnawaz. Un altro vantaggio del catalizzatore salino, hanno dimostrato i ricercatori, è che può essere riutilizzato.
“È possibile recuperare il sale semplicemente lavando l’olio ottenuto con acqua”, ha detto Rabnawaz.
I ricercatori hanno anche dimostrato che il sale da cucina aiuta la pirolisi delle pellicole di plastica metallizzate, comunemente utilizzate negli imballaggi alimentari, come i sacchetti di patatine, che attualmente non vengono riciclati.
Sebbene il sale da cucina puro non abbia superato in prestazioni un catalizzatore di platino-allumina, il team ha testato anche con pellicole metallizzate, i risultati sono stati simili e il sale costa una frazione del costo.
Rabnawaz, tuttavia, ha sottolineato che le pellicole metallizzate, sebbene utili, sono intrinsecamente problematiche. Immagina un mondo in cui tali pellicole non siano più necessarie, motivo per cui il suo team sta lavorando anche per sostituirle con materiali più sostenibili.
Il team continuerà inoltre a lavorare per portare avanti il proprio progetto di pirolisi.
Ad esempio, il team deve ancora caratterizzare completamente i prodotti gassosi della pirolisi con sale da cucina. E Rabnawaz ritiene che il team possa migliorare questo approccio in modo che i prodotti liquidi contengano sostanze chimiche con applicazioni più preziose rispetto alla combustione come combustibile.
Tuttavia, i primi risultati delle nuove tattiche del sale da cucina della squadra sono incoraggianti. Sulla base di una rapida analisi economica preliminare, il team ha stimato che un reattore di pirolisi commerciale potrebbe triplicare i suoi profitti semplicemente aggiungendo sale.
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