I ricercatori hanno recentemente sviluppato un metodo innovativo per il riciclo delle plastiche scartate, trasformandole in nuovi materiali con caratteristiche superiori. Questa scoperta rappresenta una risposta significativa alla crisi globale dei rifiuti di plastica, in cui oltre il 90% della plastica abbandonata finisce in discariche o inquina gli ecosistemi naturali. Inoltre, offre l’opportunità di convertire i rifiuti in plastiche preziose e multifunzionali.
Trasformazione dei Rifiuti di Plastica in Materiali di Alto Valore
Un team di chimici del Laboratorio Nazionale di Oak Ridge (ORNL), parte del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, ha messo a punto un metodo per modificare i polimeri presenti nelle plastiche scartate. Questo processo, noto come upcycling, potrebbe rivelarsi cruciale nella lotta contro la crisi dei rifiuti di plastica. Attualmente, si stima che ogni anno vengano scartate circa 450 milioni di tonnellate di plastica, di cui solo il 9% viene effettivamente riciclato.
L’innovazione proposta dall’ORNL ha il potenziale di rivoluzionare la gestione dei rifiuti di plastica, ristrutturando i mattoni molecolari delle plastiche per migliorarne le proprietà. Le plastiche sono composte da catene polimeriche che possono essere riorganizzate per creare materiali più resistenti e durevoli.
Ispirazione dall’Editing Molecolare Premiato con il Nobel
L’editing molecolare ha dimostrato di avere un potenziale straordinario, tanto da essere alla base di due Premi Nobel in Chimica. Nel 2005, il premio è stato conferito per la reazione di metatesi, una tecnica che consente di rompere e creare legami tra atomi di carbonio. Analogamente, nel 2020, il premio è andato agli inventori del CRISPR, un sistema di “forbici genetiche” utilizzato per modificare filamenti di DNA.
Jeffrey Foster dell’ORNL ha descritto il lavoro del suo team come “CRISPR per l’editing dei polimeri”, evidenziando che il loro approccio si concentra sulla modifica delle catene polimeriche. Questo metodo non si limita a fondere e sperare per il meglio, ma trasforma i polimeri delle plastiche scartate in macromolecole riutilizzabili.
Focalizzarsi sulle Plastiche ad Alto Rifiuto per un Maggiore Impatto
Il team di ricerca dell’ORNL ha concentrato i propri sforzi sulla modifica di polimeri di uso comune, che rappresentano una parte significativa dei rifiuti di plastica. Tra i materiali analizzati, vi sono:
- Poli(butadiene) morbido, utilizzato nei pneumatici
- Acrilonitrile-butadiene-stirene, presente in giocattoli di plastica e componenti per veicoli
Foster ha sottolineato l’importanza di affrontare questo problema, poiché questo flusso di rifiuti attualmente non viene riciclato affatto. L’implementazione di questa tecnologia potrebbe avere un impatto significativo sulla conservazione di massa ed energia.
Il Processo di Upcycling: Sciogliere e Modificare i Polimeri di Rifiuto
Il primo passo nel processo di upcycling consiste nello sciogliere i polimeri di rifiuto per creare additivi drop-in per la sintesi polimerica. I ricercatori hanno utilizzato un solvente, il diclorometano, per avviare una reazione chimica a bassa temperatura. Un catalizzatore a base di rutenio ha facilitato la polimerizzazione, dimostrando il suo potenziale nell’upcycling chimico.
I mattoni molecolari della struttura polimerica contengono gruppi funzionali che fungono da siti reattivi per la modifica. I legami doppi tra i carboni aumentano le possibilità di reazioni chimiche, consentendo la polimerizzazione e la creazione di catene polimeriche più lunghe.
Espandere l’Upcycling a Applicazioni su Scala Industriale
Se questa strategia di sintesi dei materiali potesse essere estesa a una gamma più ampia di polimeri, potrebbe rappresentare un percorso economicamente sostenibile per il riutilizzo di materiali di produzione. I materiali riciclati potrebbero risultare più morbidi e facili da modellare.
Gli scienziati hanno impiegato due processi in tandem per riciclare i rifiuti di plastica, entrambi basati su tecniche di metatesi. Questi processi consentono lo scambio di subunità polimeriche, aprendo nuove possibilità per il riciclo.
Perché il Riciclo Tradizionale Non Funziona
Il riciclo tradizionale non riesce a catturare il valore delle plastiche scartate, poiché riutilizza polimeri che perdono valore a causa della degradazione. Al contrario, l’upcycling innovativo dell’ORNL sfrutta i mattoni esistenti per fornire funzionalità e valore aggiunti. Questo processo richiede meno energia e produce meno emissioni rispetto al riciclo tradizionale.
Espandere per un Futuro di Economia Circolare
La visione dei ricercatori è quella di estendere questo concetto a qualsiasi polimero che presenti gruppi funzionali nella sua struttura. Se questa tecnologia venisse ampliata, sarebbe possibile ridurre drasticamente l’impatto ambientale delle plastiche difficili da lavorare.
Il prossimo passo per i ricercatori consiste nell’esplorare diversi tipi di subunità all’interno delle catene polimeriche per sviluppare materiali termoplastici ad alte prestazioni. Questi materiali includono resine epossidiche e poliuretano, che presentano una struttura molecolare complessa.
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