全球每年产生数亿吨塑料垃圾。为此，科学家们正在努力开发创新方法，将这些废弃物中的很大一部分回收利用，制成高质量的产品，以创造真正的循环经济。化学回收法通过将塑料分解成高质量的产品，为传统的塑料回收提供了一种可持续的替代方法。研究人员利用一个新的数学公式对这一过程进行了优化。
然而，目前的回收做法并未实现这一目标。大多数塑料垃圾都是机械回收：先切碎，再熔化。虽然这一过程可以产生新的塑料产品，但每经过一个回收步骤，其质量就会下降。
化学回收是一种可避免质量损失的替代方法。这种方法是将长链塑料分子（聚合物）分解成基本的构成块（单体），然后重新组装成新的、高质量的塑料，形成真正的可持续循环。
随着化学回收方法的发展，最初的重点是将这些长聚合物链分解成可用作液体燃料或润滑剂的短链分子。这样，塑料废料就可以作为汽油、喷气燃料或发动机油获得第二次生命。苏黎世联邦理工学院的科学家们现已为开发这一工艺奠定了重要基础。这使全球科学界能够开展更有针对性和更有效的回收开发工作。
大多数饮料瓶盖由聚丙烯制成。它们与聚乙烯一起占塑料垃圾总量的 60%。图片来源：Shibashish Jaydev / 苏黎世联邦理工学院
催化工程学教授 Javier Pérez-Ramírez 领导的研究小组的研究人员研究了如何用氢气分解聚乙烯和聚丙烯。第一步也是在钢罐中熔化塑料。然后将气态氢引入熔融塑料中。
其中一个关键步骤是加入含有钌等金属的粉末催化剂。通过精心挑选合适的催化剂，研究人员可以提高化学反应的效率，促进形成具有特定链长的分子，同时最大限度地减少甲烷或丙烷等副产品。
"熔融塑料比蜂蜜粘稠一千倍。"Pérez-Ramírez 研究小组的科学家 Antonio José Martín 解释说："关键在于如何在罐中搅拌，以确保催化剂粉末和氢气充分混合。通过实验和计算机模拟，研究小组证明，使用叶片与轴平行的叶轮搅拌塑料效果最佳。与带斜角叶片的螺旋桨或涡轮形搅拌器相比，这样的搅拌器混合更均匀，流动漩涡更少。搅拌速度同样重要。搅拌速度既不能太慢，也不能太快；理想的搅拌速度是接近每分钟 1000 转。"
研究人员成功地开发出一个数学公式，用于描述整个化学回收过程及其所有参数。Pérez-Ramírez说："每个化学工程师都希望自己的工艺能有这样一个公式。研究领域的所有科学家现在都可以精确计算搅拌器的几何形状和速度的影响。"
有了这个公式，今后的实验就可以集中在直接比较不同的催化剂，并控制混合的影响。此外，这里开发的原理对于将技术从实验室推广到大型回收工厂至关重要。但目前的重点仍然是研究更好的塑料化学回收催化剂。
编译自/ScitechDaily