科学家开发出利用发光二极管将塑料升级为储能液体的工艺

新加坡南洋理工大学(NTUSingapore)的科学家们创造了一种工艺，可以在室温下使用发光二极管(LED)和市售催化剂，将大多数塑料升级为可用于储能的化学成分。

与热解等其他热驱动回收工艺不同，新工艺非常节能，未来可以轻松地由可再生能源提供动力。

这项创新克服了目前聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚苯乙烯(PS)等塑料回收面临的挑战，这些塑料通常会被焚烧或丢弃在垃圾填埋场。全球范围内，只有百分之九的塑料被回收利用，塑料污染正以惊人的速度增长。

回收这些塑料的最大挑战是它们的惰性碳碳键，这些键非常稳定，因此需要大量的能量才能打破。这种结合也是这些塑料能够抵抗许多化学品并且具有相对较高熔点的原因。

目前，回收此类塑料的唯一商业方式是通过热解，其能源成本较高，并产生大量温室气体排放，考虑到所得热解油的产品价值较低，其成本过高。

这种新方法由南洋理工大学化学、化学工程和生物技术学院光催化专家SooHanSen副教授开发，在商用钒的帮助下，使用LED激活和分解塑料中的惰性碳碳键催化剂。

NTU的方法发表在《Chem》杂志上，可以升级回收一系列塑料，包括PP、PE和PS。这些塑料加起来占全球塑料垃圾的75%以上。

在开发塑料垃圾问题的绿色解决方案时，该团队希望确保通过回收塑料(含有碳原子的长分子链)产生最少的额外碳排放。

发明人苏教授表示：“我们的突破不仅为日益严重的塑料垃圾问题提供了潜在的答案，而且还重新利用了这些塑料中捕获的碳，而不是通过焚烧将其作为温室气体释放到大气中。”

图片来源：南洋理工大学

塑料是如何分解的

首先，将塑料溶解或分散在称为二氯甲烷的有机溶剂中，该溶剂用于分散聚合物链，以便它们更容易接触光催化剂。然后溶液与催化剂混合并流经一系列透明管，LED灯照射在其上。

在钒催化剂的帮助下，光提供了初始能量，以两步过程打破碳-碳键。塑料中的碳-氢键被氧化，使键不稳定且更具反应性，然后碳-碳键被破坏。

从溶液中分离出来后，最终产物是甲酸和苯甲酸等化学成分，可用于制造燃料电池和液态有机氢载体(LOHC)中使用的其他化学品。LOHC目前正在受到能源部门的探索，因为它们能够更安全地储存和运输氢气，因此在清洁能源开发中发挥着关键作用。

与当前和其他新兴的塑料回收技术(例如热解技术)不同，热解技术使用高温过程将塑料熔化并降解为低质量燃料或碳纳米管和氢气，而新的LED驱动方法需要的能源要少得多。

Soo教授补充说，他们的方法是独特的，因为它可以利用阳光或由太阳能、风能或地热能等可再生能源供电的LED来完全加工和升级回收如此广泛的塑料。这可以在循环经济中对塑料进行清洁和节能的管理，并提高塑料的回收率。

这一过程还可能帮助新加坡减少焚烧或送往垃圾填埋场的塑料废物量，帮助该国实现其零废物总体规划，其目标是到2030年将总体回收率提高到70%，并减少废物的排放量。到实马高垃圾填埋场，预计到2035年将耗尽空间。

新加坡每年产生约100万吨塑料垃圾，而新加坡塑料垃圾中只有6%得到回收利用。

这项研究是一个更大项目的一部分，题为“SPRUCE：可持续塑料再生促进循环经济”，该项目还涉及南洋商学院副院长(研究)Xin(Simba)Chang教授和南洋商学院副教授MdSaidulIslam。社会科学。

这个跨学科团队估计，如果新加坡能够回收80%的塑料，则可以减少至少210万吨二氧化碳排放——约占该国温室气体排放总量的4%。

此外，当塑料升级为化学原料时，可以减少化学工业燃烧化石燃料生产化学原料的需求，从而进一步减少温室气体排放。

根据张教授和其他团队成员的估计，新加坡每年减少二氧化碳排放的经济效益预计为4140万新元，而避免使用垃圾填埋场每年节省的成本约为4135万新元。塑料再利用和回收预计将为全球化学工业带来高达600亿美元的利润增长。

企业融资专家张教授补充道：“鉴于新加坡化学工业约占2015年制造业产出的三分之一，将塑料升级回收技术融入该行业有可能产生相当大的积极经济和环境影响”。

社会学专家伊斯兰副教授表示：“这种创新方法将塑料废物转化为甲酸等宝贵资源，不仅减轻了塑料污染的负担，还满足了对可持续化学品日益增长的需求。这有助于创造更清洁的环境，增强公众的健康意识。”健康，并创造新的就业机会，特别是在研究、开发和生产部门，从而促进经济增长，向循环经济转变。”

南洋理工大学团队已通过该大学的创新和企业公司NTUitive为其光催化工艺申请了专利，该工艺的设计考虑到了工业可扩展性。该团队目前正在寻找合作伙伴以进一步将该技术商业化，这可能有助于帮助新加坡实现2050年净零排放目标。