Tworzywa sztuczne i mydła mają zwykle niewiele ze sobą wspólnego. Istnieje jednak zaskakujące powiązanie na poziomie molekularnym
Urszula Lesman
Naukowcy z uczelni Virginia Tech opracowali nowatorską technikę przetwarzania tworzyw sztucznych w cenne substancje chemiczne zwane surfaktantami – środkami powierzchniowo czynnymi, które wykorzystuje się do produkcji mydła, detergentów, a także antybiotyków czy niektórych herbicydów.
Tworzywa sztuczne i mydła mają zwykle niewiele ze sobą wspólnego. Istnieje jednak zaskakujące powiązanie na poziomie molekularnym: struktura chemiczna polietylenu – jednego z najczęściej stosowanych obecnie tworzyw sztucznych – jest uderzająco podobna do struktury kwasu tłuszczowego, który jest stosowany jako prekursor chemiczny mydła. Obydwa materiały składają się z długich łańcuchów węglowych, ale kwasy tłuszczowe mają dodatkową grupę atomów na końcu łańcucha.
Guoliang „Greg” Liu, profesor chemii w Virginia Tech College of Science, od dawna uważał, że to podobieństwo sugeruje, że powinno być możliwe przekształcenie polietylenu w kwasy tłuszczowe i – po kilku dodatkowych etapach procesu – wyprodukowanie z nich mydła. Wyzwanie polegało na tym, jak podzielić efektywnie długi łańcuch polietylenowy na wiele krótkich łańcuchów. Liu wierzył, że istnieje potencjał nowej metody upcyklingu, która mogłaby wykorzystać odpady plastikowe o niskiej wartości i przekształcić je w użyteczny towar o wysokiej wartości.
Inspiracją do rozwiązania problemu okazał się kominek i płonące drewno, a konkretnie obserwacja, jak dym unosi się z paleniska. Liu zaczął się zastanawiać, co by się stało, gdyby polietylen można było palić w warunkach laboratoryjnych. Czy niecałkowite spalanie polietylenu spowoduje powstanie „dymu” podobnego do spalania drewna? Jeśli ktoś miałby uchwycić ten dym, z czego byłby zrobiony? „Jeśli rozbijemy cząsteczki syntetycznego polietylenu, ale zatrzymamy proces, zanim rozbiją się one na małe cząsteczki gazowe, powinniśmy otrzymać cząsteczki o krótkich łańcuchach, podobne do polietylenu” – przewidywał profesor Liu. Z pomocą Zhen Xu i Erica Munyanezy, dwóch doktorantów, zbudował mały reaktor przypominający piekarnik, w którym mógł podgrzewać polietylen w tzw. procesie termolizy o różnych temperaturach. Na dole piec ma temperaturę wystarczająco wysoką, aby rozerwać łańcuchy polimeru, a na górze piec schładza się do wystarczająco niskiej temperatury, aby zatrzymać dalszy rozkład. Po termolizie zebrali pozostałość – przypominającą sadzę osiadającą na ścianach komina – i odkryli, że przeczucie Liu było słuszne: materiał składał się z „polietylenu o krótkim łańcuchu”, czyli wosków.
– To był pierwszy krok w opracowaniu metody recyklingu tworzyw sztucznych w mydło – powiedział Liu. Po dodaniu kilku kolejnych etapów, w tym zmydlania, zespół wyprodukował pierwsze na świecie mydło z tworzyw sztucznych. Wyniki pracy zespołu opublikowano w czasopiśmie „Science”. Metoda upcyklingu może się również sprawdzić w przypadku innego rodzaju tworzywa sztucznego, zwanego polipropylenem. Te dwa materiały stanowią większość tworzyw sztucznych, z którymi konsumenci spotykają się każdego dnia – od opakowań produktów, przez pojemniki na żywność, po tkaniny.
