ORNL, plastiği 200 derecenin altında yakıta dönüştürdü

ABD'de Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı (ORNL) araştırmacıları, en yaygın kullanılan plastik türlerinden polietileni daha düşük sıcaklıklarda hidrokarbon yakıtlara dönüştürmeye yönelik yeni bir yöntem geliştirdi. Geleneksel piroliz süreçlerinde 450-500 santigrat dereceye ulaşan sıcaklıkların aksine, alüminyum klorür bazlı erimiş tuz sistemi 200 santigrat derecenin altında çalışıyor. Ambalaj ve poşet gibi tüketici atıklarında bulunan polietileni hedefleyen yöntem, laboratuvar deneylerinde yaklaşık yüzde 60 benzin benzeri ürün verimine ulaştı.

DÜŞÜK SICAKLIK

Yeni yöntemde sıvı haldeki inorganik tuz karışımı hem reaksiyon ortamı hem de katalizör görevi görüyor. Böylece polietilen zincirlerinin parçalanması için gereken sıcaklık önemli ölçüde düşürülebiliyor. Araştırmacılar, daha düşük sıcaklıkta gerçekleştirilen bu dönüşümün plastik geri dönüşüm süreçlerinde enerji ihtiyacını azaltabileceğini değerlendiriyor. Sistemin özellikle yaygın tüketici plastiklerinin daha değerli hidrokarbon ürünlerine dönüştürülmesinde kullanılabilecek bir yöntem olması hedefleniyor.

DAHA AZ GİRDİ

Sürecin dikkat çeken özelliklerinden biri, plastikten yakıt üretiminde kullanılan pahalı soylu metal katalizörlere, organik çözücülere ve dışarıdan hidrojen beslemesine ihtiyaç duymaması. Reaksiyon, ticari olarak bulunabilen inorganik tuzlarla yürütülüyor ve ayrıca bir katalitik başlatıcı kimyasal gerektirmiyor. Bu yapı, polimer geri dönüşümünde kullanılan hammadde ve proses girdilerinin azaltılmasına imkan sağlayabilir. Erimiş tuz sisteminin kararlı biçimde reaktörlere uyarlanabilmesi halinde yöntem, atık plastiklerin yakıt ve kimyasal hammaddelere dönüştürülmesinde alternatif bir proses olarak kullanılabilecek.

KATALİTİK MEKANİZMA

Yöntem, polietilendeki uzun karbon ve hidrojen zincirlerinin daha küçük hidrokarbon moleküllerine ayrılması prensibiyle çalışıyor. Erimiş tuz ortamındaki alüminyum bölgelerinin yüksek asidite kazanması, reaksiyon sırasında pozitif yüklü karbon merkezlerinin oluşmasını sağlıyor. Araştırmacılar, ORNL bünyesindeki Nötron Saçılma Kaynağı ve İleri Işık Kaynağı gibi analitik tesislerde döteryum izotop işaretleyicileri ve yumuşak X-ışınları kullanarak reaksiyon mekanizmasını inceledi. Elektron bakımından zengin ara ürünlerin alüminyum merkezleriyle nasıl etkileşime girdiğinin belirlenmesi, polimer zincirlerinin hangi hidrokarbon ürünlerine dönüştüğünün daha ayrıntılı biçimde anlaşılmasına imkan verdi.

ÜRÜN DAĞILIMI

Elde edilen bulgular, polimer zincirlerinin yapısına bağlı olarak benzin veya dizel benzeri hidrokarbonların ürün dağılımının kontrol edilebileceğini gösteriyor. Bu kontrol, yalnızca plastiklerin parçalanmasını değil, ortaya çıkan ürünlerin özelliklerinin de reaksiyon koşulları üzerinden yönlendirilmesini mümkün hale getiriyor. Araştırmacılar, katalitik mekanizmanın ayrıntılarının anlaşılmasının daha verimli reaktörlerin ve farklı kimyasal ürünlere yönelik süreçlerin geliştirilmesine katkı sağlayabileceğini belirtiyor.

SU HASSASİYETİ

Patent başvurusu yapılan yöntemin laboratuvar ölçeğinden endüstriyel üretime taşınmasının önündeki başlıca teknik sorunlardan biri ise alüminyum bazlı erimiş tuzların suya karşı yüksek hassasiyeti. Sistemin nem çekmesi zaman içinde reaksiyon kararlılığını ve proses verimini düşürebiliyor. Bu durum özellikle nem içerebilen tüketici kaynaklı plastik atıkların doğrudan işlenmesinde önem taşıyor. Araştırma ekibi, bu etkinin azaltılması amacıyla halojen bazlı koruyucu sistemler ile karbon temelli muhafaza katmanları üzerinde çalışmalarını sürdürüyor.

ÖLÇEKLENME HEDEFİ

Araştırmacılar şimdi ayırma, kurutma ve işleme aşamalarını optimize ederek yöntemi daha büyük ölçekli reaktörlere uyarlamaya odaklanıyor. Su hassasiyetinin giderilmesi, sürecin yüksek hacimli plastik atıklarla sürekli çalışabilmesi açısından temel mühendislik başlıklarından biri olacak. Bu sorunun çözülmesi halinde alüminyum klorür bazlı erimiş tuz sistemi, tüketici plastiklerinden daha düşük sıcaklıklarda benzin ve diğer değerli hidrokarbonların üretilmesine yönelik yeni bir geri dönüşüm yöntemi olarak değerlendirilebilecek.