Νέα καταλυτική μέθοδος που αναπτύχθηκε στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Βερολίνου επιτρέπει την ανακύκλωση έως και του 99% της σιλικόνης από μεμονωμένα προϊόντα, ενώ για ανάμεικτα απόβλητα σιλικόνης το ποσοστό ανάκτησης φτάνει το 86%, μέσα σε μόλις 24 ώρες
Το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Βερολίνου (Technische Universität Berlin) ανέπτυξε μια νέα καταλυτική διαδικασία που επιτρέπει την πλήρη διάσπαση των αποβλήτων σιλικόνης.
Συνηθισμένα αντικείμενα, όπως η σπάτουλα σιλικόνης στην κουζίνα, το στεγανό παρέμβυσμα σε ένα θερμός ταξιδιού και η μαλακή πιπίλα ενός μικρού παιδιού, έχουν όλα ένα κοινό, λιγότερο γνωστό μειονέκτημα: είναι ουσιαστικά άφθαρτα.
Οι σιλικόνες παρουσιάζουν μεγάλη αντοχή στη θερμότητα, το νερό και τη χημική αποδόμηση. Ως αποτέλεσμα, η απόρριψή τους συνήθως σημαίνει μεταφορά σε χώρους υγειονομικής ταφής ή αποτέφρωση.
Μέχρι σήμερα, η ανακύκλωσή τους στο πλαίσιο ενός συστήματος κλειστού κύκλου αποτελούσε σημαντική χημική πρόκληση. Το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Βερολίνου αναφέρει ότι, έπειτα από χρόνια έρευνας, εντόπισε μια πιθανή λύση.
Με επικεφαλής τον καθηγητή Martin Oestreich, η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια καταλυτική διαδικασία που διασπά τα πολυμερή δεσμών πυριτίου-οξυγόνου και τα επαναφέρει στο αρχικό, υψηλής αξίας δομικό συστατικό τους: το διμεθυλοδιχλωροσιλάνιο.
Η μελέτη παρουσιάζει μια μέθοδο που επιτυγχάνει ποσοστό ανάκτησης έως και 99% από συνηθισμένα προϊόντα, όπως φόρμες για μάφιν και μπιμπερό.
«Η επιτυχία μας αποδεικνύει ότι η βασική έρευνα μπορεί τελικά να αποδώσει καρπούς σε πολύ συγκεκριμένες εφαρμογές, τις οποίες κανείς δεν είχε προηγουμένως σκεφτεί», δήλωσε ο Oestreich.
«Μελετούμε τα ιόντα σιλυλίου εδώ και 15 χρόνια και μόλις τα τελευταία πέντε χρόνια περίπου εντοπίσαμε ξαφνικά την ανακύκλωση της σιλικόνης ως βασική εφαρμογή αυτής της έρευνας».
Διάσπαση της ανθεκτικής σιλικόνης
Η ανακάλυψη επιλύει ένα ιδιαίτερα δύσκολο χημικό πρόβλημα.
Για την παραγωγή νέας σιλικόνης από την αρχή, οι κατασκευαστές εξάγουν αρχικά πυρίτιο από χαλαζιακή άμμο μέσα σε ηλεκτρικούς κλιβάνους τόξου, οι οποίοι λειτουργούν σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες.
Πρόκειται για μια διαδικασία με πολύ υψηλές ενεργειακές απαιτήσεις. Μόλις σχηματιστούν, οι δεσμοί πυριτίου-οξυγόνου συμπεριφέρονται σαν μοριακή υπερκόλλα. Η διάσπασή τους απαιτεί τεράστια ποσά ενέργειας ή εξαιρετικά υψηλή καταλυτική ακρίβεια.
Η ομάδα του Oestreich μελετούσε επί 15 χρόνια τα ιόντα σιλυλίου, δηλαδή θετικά φορτισμένα ιόντα πυριτίου, προτού αναγνωρίσει τις δυνατότητές τους στον τομέα της διαχείρισης αποβλήτων.
Σύμφωνα με τη δημοσιευμένη μελέτη, αναπτύχθηκε μια νέα στρατηγική αποπολυμερισμού με έναρξη από ιόντα σιλυλίου, η οποία επιτρέπει τη βιώσιμη ανακύκλωση υλικών σιλικόνης (σιλοξανίων), τα οποία χαρακτηρίζονται από υψηλή χημική αδράνεια.
Όταν συνδυάζεται με τριφωσγένιο, ένα διαχειρίσιμο στερεό αντιδραστήριο, το ιόν σιλυλίου αποσπά ένα ιόν χλωρίου, δημιουργώντας ένα εξαιρετικά δραστικό χημικό είδος, γνωστό ως κατιόν χλωροκαρβονυλίου (COCl+).
Το συγκεκριμένο μόριο λειτουργεί σαν μοριακό ψαλίδι, κόβοντας την αλυσίδα δεσμών πυριτίου-οξυγόνου.
Καθώς οι δεσμοί διασπώνται, το οξυγόνο απομακρύνεται με τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα (CO2), αποτρέποντας την αντίστροφη πορεία της αντίδρασης.
Ολόκληρη η διαδικασία πραγματοποιείται σε σχετικά χαμηλή θερμοκρασία, μόλις 80°C, απαιτώντας ελάχιστη ενέργεια σε σύγκριση με την πρωτογενή παραγωγή.
Η αυξανόμενη κρίση των αποβλήτων σιλικόνης
Οι δοκιμές σε αντικείμενα όπως φόρμες για κεκάκια και καπάκια έδειξαν ιδιαίτερα ενθαρρυντικά αποτελέσματα.
Υπό ήπιες συνθήκες, σε θερμοκρασία 80°C (176°F), η διαδικασία χαμηλής ενεργειακής κατανάλωσης ανέκτησε έως και το 99% του διμεθυλοδιχλωροσιλανίου από μεμονωμένα προϊόντα μέσα σε 24 ώρες.
Ακόμη και όταν εφαρμόστηκε σε ένα ανάμεικτο σύνολο διαφορετικών αποβλήτων σιλικόνης, η μέθοδος διατήρησε ποσοστό ανάκτησης 86%.
Η αγορά προϊόντων σιλικόνης παρουσιάζει συνεχή ανάπτυξη. Η αξία της ανερχόταν σε περίπου 19,55 δισ. δολάρια το 2025 και αναμένεται να φτάσει ή να ξεπεράσει τα 37,70 δισ. δολάρια έως το 2035.
Οι συνήθεις μέθοδοι ανακύκλωσης βασίζονται στη μηχανική επεξεργασία ή στη χημική διάσπαση της σιλικόνης σε μικρά, δακτυλιοειδή σιλοξάνια.
Παρότι αυτές οι ανακυκλωμένες ενώσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή νέων προϊόντων σιλικόνης, τα υλικά που προκύπτουν είναι συνήθως χαμηλότερης ποιότητας σε σύγκριση με την πρωτογενή σιλικόνη.
Η νέα διαδικασία καθιστά δυνατή την ανακύκλωση αποβλήτων σιλικόνης, μετατρέποντας υλικά που μέχρι σήμερα θεωρούνταν μη ανακυκλώσιμα, με συμπεριφορά παρόμοια με εκείνη των πλαστικών, σε χρήσιμες βιομηχανικές πρώτες ύλες.
Με την κατάθεση διπλώματος ευρεσιτεχνίας να έχει ήδη δρομολογηθεί, οι ερευνητές στρέφουν πλέον την προσοχή τους στην εμπορική αξιοποίηση της τεχνολογίας σε μεγαλύτερη κλίμακα.
Παράλληλα, αναζητούν μη τοξικές εναλλακτικές λύσεις αντί του φωσγενίου και σχεδιάζουν στάδια καθαρισμού για την απομάκρυνση ιχνών ανεπιθύμητων προσμείξεων.
(Τα ευρήματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Nature στις 28 Οκτωβρίου)
www.worldenergynews.gr
