Det känns bra att återvinna. När du sorterar läskflaskor och plastpåsar från resten av ditt sopor, verkar det som att du hjälper planeten. Ju mer plast du lägger i den blå behållaren, desto mer håller du borta från deponier, eller hur?
Fel. Oavsett hur mycket plast du försöker återvinna hamnar det mesta i papperskorgen.
Ta flexibla matpaket. Dessa filmer innehåller flera lager, var och en gjord av olika typer av plast. Eftersom varje typ måste återvinnas separat, är dessa filmer inte återvinningsbara. Även vissa föremål gjorda av endast en sorts plast är inte återvinningsbara. Yoghurtkoppar, till exempel, innehåller en plast som kallas polypropen (Pah-lee-PROH-puh-leen). När detta återvinns förvandlas det till ett grovt, mörkt, illaluktande material. Så de flesta återvinningsanläggningar bryr sig inte om det.
Endast två sorters plast återvinns vanligtvis i USA. En är den typ som används i läskflaskor. Det kallas PET, förkortning för polyetylentereftalat (Pah-lee-ETH-uh-leen TAIR-eh-THAAL-ayt). Den andra är plasten i mjölkkannor och tvättmedelsbehållare. Det är högdensitetspolyeten, eller HDPE. Tillsammans utgör dessa plaster bara en liten del av plastavfallet. Bara under 2018 deponerade USA 27 miljoner ton plast, enligt US Environmental Protection Agency. Bara 3 miljoner ton återvanns.
Låga återvinningsgrader är inte bara ett problem i USA. Endast 9 procent av allt plastavfall i världen har någonsin återvunnits. Tolv procent brändes. 79 procent har hopats på land eller i vattendrag. Forskare rapporterade dessa uppskattningar 2017 i Science Advances.
Goda nyheter/dåliga nyheter
Mängden plast som återvinns i USA har ökat under de senaste decennierna. Men de nivåerna bleknar fortfarande i jämförelse med mängden plast som går till deponier.
Plastavfallshantering, 1960–2018
E. Otwell
E. Otwell
Källa : EPA
Även när plast återvinns är det inte bra för mycket. Återvinning ändrar konsistensen på en plast. Så återvunnen plast måste blandas med helt nytt material för att göra robusta produkter. Dessutom skapar man en mörk blandning av att återvinna ett gäng plast i olika färger. Det betyder att mycket återvunnen plast bara kan användas för att tillverka föremål vars färg inte spelar någon roll, såsom bänkar och soptunnor.
Återvinning av plast har helt klart mycket utrymme för förbättringar. Och med plast som hopar sig överallt från bergstoppar till havsbotten finns det ett akut behov av bättre återvinning. Lyckligtvis är kemister runt om i världen på fallet. Vissa försöker göra det lättare att återvinna fler typer av plast. Andra försöker förvandla återvunnen plast till mer användbara produkter. Båda strategierna kan minska hur mycket plast som hamnar i deponier eller hav.
Plocka isär plast
En stor utmaning för återvinning är att varje typ av plast måste behandlas separat. “De flesta plaster är som olja och vatten”, säger Geoffrey Coates. Han är kemist vid Cornell University i Ithaca, NY. Plast blandas bara inte, säger han. Ta till exempel en tvättmedelsbehållare. Kannan kan vara av HDPE-plast, men locket är av polypropen. Vad skulle hända om en återvinningsanläggning smälte samman dessa två plaster och försökte göra en ny kanna av blandningen? “Det skulle i princip spricka ner sidan,” säger Coates. “Det är galet skört. Helt värdelöst.”
Det är därför all plast i återvinningskärlet först går till en materialåtervinningsanläggning. Där sorterar människor och maskiner skräp. Sorterad plast tvättas sedan, strimlas, smälts och formas om. Systemet fungerar bra för enkla föremål som läskflaskor och mjölkkannor. Men det fungerar inte för föremål som deodorantbehållare. En deodorantflaska, lock och vev kan alla vara olika plaster.
Livsmedelsförpackningsfilmer gjorda av olika plastlager är ännu svårare att ta isär. Varje år görs 100 miljoner ton av dessa filmer över hela världen. De filmerna går alla till deponier, säger George Huber. Han är kemiingenjör vid University of Wisconsin–Madison.
Huber och hans kollegor kom på ett sätt att sortera dessa irriterande blandningar av plast. Forskarna använder olika vätskor för att lösa upp olika plastdelar från ett föremål. Tricket är att välja rätt vätskor för att bara lösa upp en plast i taget, säger Huber. Denna strategi beskrevs den 18 november i Science Advances.
Falsk reklam
Många plastprodukter är märkta med ett nummer inuti en triangel som symboliserar återvinning. Ändå är det bara plast med 1 (polyetentereftalat) eller 2 (polyeten med hög densitet) som återvinns i stor utsträckning i USA. Resten begravs vanligtvis på soptippar.
SÄLLSKAPSDJUR Vatten- och läskflaskor, salladskupoler, kakfat, salladsdressing och behållare för jordnötssmör
HDPE Mjölk- och juiceflaskor, frys påsar, schampo och tvättmedelsflaskor
PVC Kosmetiska behållare, kommersiella plastfolie
LDPE Kläm flaskor, plastfolie, soppåsar
PP Mikrovågsrätter, glassbaljor , yoghurtbehållare, kapsyler för tvättmedel
PS CD-fodral, engångsmuggar av plast , plastbestick, videofodral
EPS Skumpolystyren koppar för varma drycker, matbrickor, skyddsförpackningar för ömtåliga föremål
Hubers team testade tekniken på en matförpackningsfilm. Filmen innehöll tre plaster: polyeten, PET och etenvinylalkohol, eller EVOH. Forskarna rörde först om filmen i en vätska som heter toluen (TAHL-you-een). Det löste upp polyetenskiktet. Sedan lade Hubers team ner filmen i en annan kemikalie för att ta bort EVOH. Forskarna plockade ut den återstående PET-filmen och lade den åt sidan. För att återvinna de andra två plasterna från vätskorna blandade forskarna i “antilösningsmedel” kemikalier. Dessa kemikalier fick plastmolekylerna som drev i vätskorna att klumpa ihop sig så att de senare kunde fiskas upp.
Tillverka plastblandning
Det kan finnas genvägar till att återvinna osorterade blandningar av plast. Kemikalier som kallas “kompatibilisatorer” hjälper olika plaster att blandas. Det finns ingen kemikalie som gör att alla typer av plast kan blandas. Men Coates team har gjort en för att kombinera polyeten och polypropen. Det kan göra återvinningen mycket enklare. Dessa två plaster utgör huvuddelen av världens plastavfall.
Den nya kompatibilisatorn innehåller specialdesignade molekyler. Varje molekyl har fyra delar. Två stycken polyeten alternerar med två stycken polypropylen. Dessa segment låser sig på plastmolekyler av samma slag i en blandning. Det är som om polyeten var gjord av legos och polypropen gjord av Duplos. Kompatibiliseringsmolekylen är som en koppling som passar båda typerna av block. Det hjälper polyeten- och polypropenmolekyler att länka samman. Forskarna rapporterade detta arbete 2017 i Science.
Det första testet av denna kompatibilisator involverade att använda den som ett lim. Coates team spred ett lager av kemikalien mellan en remsa av polyeten och en remsa av polypropylen. Sedan försökte forskarna pilla isär plasten. De två plasterna skulle normalt separeras lätt. Men med limmet mellan dem gick plastremsorna sönder innan förseglingen.
Forskarna blandade också deras kompatibiliseringsmedel i en smält blandning av de två plasterna. Genom att bara tillsätta 1 procent av den nya kemikalien skapades en tuff plastprodukt.
Bra som ny
Det räcker inte med att göra det lättare att återvinna plast. För att återanvända samma material om och om igen måste återvunnen plast vara så bra som ny. Just nu är det andra klassens.
Ett problem är alla extra kemikalier i plastsopor. Plastföremål innehåller ofta färgämnen, flamskyddsmedel och andra tillsatser. Nuvarande återvinning kan inte bli av med dessa föroreningar. Som ett resultat kommer återvunnen plast med massor av föroreningar. Få tillverkare kan använda plast med en slumpmässig mix av egenskaper för att göra något nytt.
Förklarare: Vad är kemikalier obligationer?
Dessutom bryter återvinning några av de kemiska bindningarna i plastmolekyler. Det påverkar materialets styrka och konsistens. Att återvinna plast är ungefär som att värma pizza i mikrovågsugnen. Du får ut i stort sett vad du stoppar i dig, bara inte lika bra. Det begränsar antalet gånger plast kan återvinnas.
Lösningen på båda problemen kan vara en ny typ av återvinning, kallad kemisk återvinning. Denna process tar isär plast på molekylär nivå. Och det kan göra ren ny plast oändligt många gånger.
Molekylerna som utgör plast kallas polymerer. Dessa polymerer består i sin tur av mindre byggstenar som kallas monomerer. Värme och kemikalier kan bryta ner polymerer till monomerer. Dessa monomerer kan sedan separeras från färgämnen och andra föroreningar. Genom att sätta ihop rena monomerer igen skapas plast som är bra som ny.
Förklarare: Vad är polymerer?
“Kemisk återvinning har verkligen börjat dyka upp som en kraft … under de senaste tre eller fyra åren”, säger Eric Beckman. Han är kemiingenjör vid University of Pittsburgh i Pennsylvania. Men det mesta av kemisk återvinning kräver en hel del energi. “Det är inte redo för bästa sändningstid”, säger han.
Vissa plaster är lättare att kemiskt återvinna än andra. “Den som är längst är PET”, säger Beckman. Det är plasten i vatten- och läskflaskor. “Den polymeren råkar vara lätt att ta isär.” Flera företag försöker kemiskt återvinna PET. Det ena är ett franskt företag som heter Carbios.
Carbios bryter ner PET med hjälp av en molekyl som kallas ett enzym. Mikrober i kompost producerar naturligt detta enzym för att bryta ner den vaxartade beläggningen på bladen. Men enzymet är också bra på att bryta isär PET. “Enzymet är som en molekylär sax”, säger Alain Marty. Han är chief scientific officer på Carbios i Saint-Beauzire, Frankrike. Enzymet skär PET-polymerer i sina två monomerer. Den ena är etylenglykol. Den andra är tereftalsyra.
Förklarare: Vad är syror och baser?
Eftersom detta enzym utvecklades för att sönderdela löv, inte plast, är det inte perfekt. Men Martys team förbättrade det genom att göra om sin “aktiva webbplats”. Det är där enzymet låser sig på PET. Omdesignen innebar att vissa aminosyror på den aktiva platsen byttes ut mot andra. Marty och hans kollegor rapporterade hur de gjorde den 8 april 2020 i Nature.
Forskarna testade sitt uppgraderade enzym på plastflingor från färgade PET-flaskor. Cirka 90 procent av plasten gick sönder på cirka 10 timmar. Teamet renade PET-monomererna och använde dem för att göra nya klara plastflaskor. De där flaskorna var lika starka som originalen. Carbios bygger nu en fabrik i Frankrike för att kemiskt återvinna PET.
Mikrobiell hjälp
I en studie bröt ett enzym naturligt producerat av mikrober ner cirka 50 procent av polyetylentereftalat, eller PET (blå linje). En tweakad version av enzymet bröt ner mer än 80 procent av plasten (svart prickad linje). Att öka mängden enzym från 1 milligram per gram PET till 3 milligram gjorde det ännu effektivare – bryta ner cirka 90 procent av plasten.
PET-nedbrytning av ett enzym
E. Otwell
E. Otwell
Källa : V. Tournier et al/Nature 2020
Mildare förhållanden
PET är ett specialfall för kemisk återvinning. Andra plaster är mycket svårare att bryta ner. Att ta isär polyeten kräver till exempel temperaturer över 400° Celsius (750° Fahrenheit). Vid så hög värme är kemin kaotisk. Plastmolekyler bryts ner slumpmässigt. Resultatet är virrvarr av olika föreningar. Dessa molekyler kan brännas som bränsle men inte användas för att göra ny plast.
Susannah Scott föreslår ett bättre sätt att återvinna polyeten. Scott är kemist och arbetar vid University of California, Santa Barbara. Hennes idé är att bryta ner plasten under mildare förhållanden. Den mer kontrollerade nedbrytningen kan producera ingredienser för tvål och andra produkter. Dessa ingredienser kallas alkylaromatiska (AL-kyl-air-oh-MAT-ik) föreningar.
För att göra dessa placerade Scott polyeten inuti en kemisk reaktionskammare. Sedan värmde hon upp den till 280 °C (540 °F). Hennes team kokade plasten med ett pulver som innehöll små platinapartiklar i 24 timmar. Platina hjälper till att bryta kol-vätebindningarna i polyetenen. Den processen frigör väte. Vätet hjälper sedan till att bryta plastens kol-kolbindningar. Detta hackar plastmolekylerna i mindre bitar. Varje bit är cirka 30 kolatomer lång. Dessa fragment ordnar sig i ringar. Sedan voilà — alkylaromatiska föreningar.
Scott och hennes kollegor testade denna teknik på en plastpåse och en flaskkork. Båda var gjorda av polyeten. Cirka 69 procent av plastpåsen blev flytande innehållande alkylaromatiska föreningar. Cirka 55 procent av flaskkorken konverterades. Scotts team rapporterade dessa resultat den 23 oktober i Science. Omvandlingen av polyeten gav också gaser som metan. Dessa gaser kan förbrännas som bränsle för att värma reaktionskammaren.
Byggd för att hålla
Plast har aldrig designats för att användas mer än en gång. Det är därför det är så svårt att återvinna dem. Men några forskare frågar nu: “Hur ser nästa generations material ut? Hur designar man ett material specifikt så att det aldrig behöver hamna på en soptipp?” frågar Beckman. Det nya målet, säger han, är att designa en plast “som faller isär på kommando.”
En ny generation plaster som kallas PDK kan vara oändligt återvinningsbara. PDK, förkortning för poly(diketoenamine)s, beskrevs först i Nature Chemistry 2019.
“PDK:er har förmågan att bryta sina bindningar under relativt milda förhållanden”, säger Brett Helms. Han är kemist vid Lawrence Berkeley National Laboratory i Kalifornien. Att helt enkelt doppa en PDK i syra bryter den i sina monomerer.
Plasten måste doppas i en mycket sur vätska för att sönderfalla. Säg ett pH på 1 eller 2. “Material möter vanligtvis inte ett pH som är så lågt”, konstaterar han. “Det är inte som att om du lägger PDK i vinäger, kommer polymeren att börja brytas ner.” Men det kan göra det lätt att återvinna. PDK-monomerer skulle sedan kunna användas för att göra ren ny plast, om och om igen.
De plaster som används idag är så billiga att det skulle vara svårt för någon ny plast att konkurrera enbart på kostnaden, säger Beckman. För närvarande är oändligt återvinningsbar plast bara en vetenskaplig kuriosa. Men en dag kan plast som är gjord för att vara återvinningsbar från början hjälpa till att lösa världens plastavfallsproblem.