Das Verwandeln von Umweltabfällen in nützliche chemische Ressourcen könnte laut neuen Forschung viele der unvermeidlichen Herausforderungen unserer wachsenden Mengen an weggeworfenen Kunststoffen, Papier und Lebensmittelabfällen lösen.
In einem erheblichen Durchbruch haben Forscher der Ohio State University eine Technologie entwickelt, um Materialien wie Kunststoff und landwirtschaftliche Abfälle in Syngas umzuwandeln, eine Substanz, die am häufigsten zur Herstellung von Chemikalien und Brennstoffen wie Formaldehyd und Methanol verwendet wird.
Mithilfe von Simulationen, um zu testen, wie gut das System Abfall abbauen könnte, fanden die Wissenschaftler fest, dass ihr Ansatz, das als chemische Looping bezeichnet wird, qualitativ hochwertige Syngas effizienter erzeugen könnte als andere ähnliche chemische Techniken. Insgesamt spart dieser raffinierte Prozess Energie und ist für die Umwelt sicherer, sagte Ishani Karki Kudva, Hauptautorin der Studie und Doktorand in chemischer und biomolekularer Ingenieurwesen im Bundesstaat Ohio.
„Wir verwenden Syngas für wichtige Chemikalien, die in unserem täglichen Leben erforderlich sind“, sagte Kudva. „Die Verbesserung seiner Reinheit bedeutet also, dass wir sie auf verschiedene neue Arten nutzen können.“
Heutzutage erstellen die meisten kommerziellen Prozesse Syngas, die etwa 80 bis 85% rein sind, aber Kudvas Team erreichte eine Reinheit von rund 90% in einem Prozess, der nur wenige Minuten dauert.
Diese Studie basiert auf Jahrzehnten früherer Forschungsarbeiten im Bundesstaat Ohio unter der Leitung von Liang-Shih Fan, einem angesehenen Universitätsprofessor für chemische und biomolekulare Ingenieurwesen, der die Studie beriet. Diese frühere Forschung verwendete chemische Looping -Technologie, um fossile Brennstoffe, Abwassergas und Kohle in Wasserstoff, Syngas und andere nützliche Produkte zu verwandeln.
In der neuen Studie besteht das System aus zwei Reaktoren: einem sich bewegenden Bettreduzierer, bei dem der Abfall unter Verwendung von Sauerstoff, das durch Metalloxidmaterial bereitgestellt wird, und einer fließenden Bettbrennstärke, die den verlorenen Sauerstoff auffüllt, so dass das Material regeneriert werden kann, abgebaut wird. Die Studie zeigte, dass die Reaktoren mit diesem Abfall-Brennstoff-System bis zu 45% effizienter laufen könnten und immer noch etwa 10% sauberere Syngas als andere Methoden produzieren könnten.
Die Studie wurde kürzlich im Journal veröffentlicht Energie und Brennstoffe.
Laut einem Bericht der Environmental Protection Agency wurden 2018 35,7 Millionen Tonnen Kunststoffe erzeugt .
Da Kunststoffe gegen die Zersetzung resistent sind, können sie in der Natur über lange Zeiträume bestehen und können schwierig sein, vollständig zusammenzubrechen und zu recyceln. Die konventionelle Abfallwirtschaft wie Deponien und Verbrennung stellt auch Risiken für die Umwelt dar.
Jetzt präsentieren die Forscher eine alternative Lösung, um die Verschmutzung einzudämmen. Durch das Messen, wie viel Kohlendioxid ihr System im Vergleich zu herkömmlichen Prozessen auspumpen würde, zeigten die Ergebnisse, dass es die Kohlenstoffemissionen um bis zu 45%verringern könnte.
Das Design ihres Projekts ist nur eines von vielen im chemischen Sektor, der von dem dringenden Bedarf an nachhaltigeren Technologien angetrieben wird, sagte Shekhar Shinde, Mitautor der Studie und ein Doktorand in chemischer und biomolekularen Ingenieurwesen im Bundesstaat Ohio.
In diesem Fall dieser Studie könnte ihre Arbeit dazu beitragen, die Abhängigkeit der Gesellschaft von fossilen Brennstoffen drastisch zu verringern.
„Es gab eine drastische Verschiebung in Bezug auf das, was zuvor getan wurde und was die Leute jetzt versuchen, um Forschung zu dekarbonisieren“, sagte er.
Während frühere Technologien nur separat Biomasseabfälle und Plastiker filtern konnten, kann die Technologie dieses Teams auch mehrere Arten von Materialien gleichzeitig verarbeiten, indem die für die Umwandlung erforderlichen Bedingungen kontinuierlich mischen, wie die Studie die Studie stellte.
Sobald die Simulationen des Teams mehr Daten liefern, hoffen sie schließlich, die Marktkapazitäten des Systems zu testen, indem sie Experimente über einen längeren Zeitraum mit anderen einzigartigen Komponenten durchführen.
„Die Erweiterung des Prozesses auf die kommunalen festen Abfälle, die wir von Recyclingzentren erhalten, ist unsere nächste Priorität“, sagte Kudva. „Die Arbeit im Labor läuft noch in Bezug auf die Vermarktung dieser Technologie und zur Dekarbonisierung der Branche.“
Weitere Co-Autoren des Bundesstaates Ohio sind Rushikesh K. Joshi, Tanay A. Jawdekar, Sudeshna Gun, Sonu Kumar, Ashin A Sunny, Darien Kulchytsky und Zhuo Cheng. Die Studie wurde von Buckeye Precious Plastic unterstützt.
