Plastic en broeikasgassen omzetten in duurzame brandstoffen

De resultaten deelden de onderzoekers in Nature Synthesis .

Het systeem van de onderzoekers kan twee verschillende afvalstromen tegelijkertijd omzetten in twee chemische producten.Deze combinatie  van twee stromen is uniek, waarmee één reactor gerecyclede producten maken voor verschillende industrieën.

Tijdens het testen werd CO2 omgezet in syngas (koolstofdioxide en waterstofgas), wat een belangrijke bouwsteen is voor duurzame vloeibare brandstoffen. Tegelijkertijd werdn plastic flessen omgezet in glycolzuur, wat veel wordt gebruikt in de cosmetica-industrie. Door het aanpassen van het type katalysator kan het systeem gemakkelijk worden aangepast om zo verschillende producten te produceren.  

Het omzetten van kunststoffen en broeikasgassen - twee van de grootste bedreigingen voor de natuur - in nuttige en waardevolle producten met behulp van zonne-energie is een belangrijke stap in de overgang naar een duurzamere, circulaire economie. "Het omzetten van afval in iets nuttigs met behulp van zonne-energie is een belangrijk doel van ons onderzoek", aldus professor Erwin Reisner van de Yusuf Hamied-afdeling Scheikunde, de hoofdauteur van het artikel. "Plasticvervuiling is wereldwijd een enorm probleem, en vaak worden veel van de plastics die we in recyclagebakken gooien, verbrand of belanden ze op de stortplaats."

Reisner leidt ook het Cambridge Circular Plastics Centre (CirPlas), dat plastic afval wil elimineren door 'blue-sky' denken te combineren met praktische maatregelen. Andere door zonne-energie aangedreven 'recycling'-technologieën zijn veelbelovend voor het aanpakken van plasticvervuiling en het verminderen van de hoeveelheid broeikasgassen in de atmosfeer, maar tot nu toe zijn ze nog niet in één proces gecombineerd.

De reactor

De onderzoekers ontwikkelden een geïntegreerde reactor met twee afzonderlijke compartimenten: één voor plastic en één voor broeikasgassen. De reactor gebruikt een lichtabsorber op basis van perovskiet - een veelbelovend alternatief voor silicium voor zonnecellen van de volgende generatie.

Het team ontwierp verschillende katalysatoren, die in de lichtabsorber werden geïntegreerd. Door de katalysator te veranderen, konden de onderzoekers vervolgens het eindproduct veranderen. Tests van de reactor bij normale temperatuur en druk toonden aan dat de reactor PET plastic flessen en CO2 efficiënt kon omzetten in verschillende op koolstof gebaseerde brandstoffen zoals CO, syngas of formiaat, naast glycolzuur. De door Cambridge ontwikkelde reactor produceerde deze producten met een snelheid die ook veel hoger ligt dan bij conventionele fotokatalytische CO2-reductieprocessen.

"Over het algemeen vereist CO2-omzetting veel energie, maar met ons systeem schijn je er gewoon een licht op, en het begint schadelijke producten om te zetten in iets nuttigs en duurzaams," zegt Rahaman. "Vóór dit systeem hadden we niets dat selectief en efficiënt hoogwaardige producten kon maken." 

"Wat zo bijzonder is aan dit systeem is de veelzijdigheid en afstembaarheid - we maken nu vrij eenvoudige moleculen op basis van koolstof, maar in de toekomst zouden we het systeem kunnen afstemmen om veel complexere producten te maken, gewoon door de katalysator te veranderen," aldus de onderzoekers.  

Toekomst

Reisner kreeg onlangs nieuwe financiering van de Europese Onderzoeksraad om de ontwikkeling van hun reactor op zonne-energie te ondersteunen. De komende vijf jaar hopen ze de reactor verder te ontwikkelen om complexere moleculen te produceren. De onderzoekers zeggen dat soortgelijke technieken ooit kunnen worden gebruikt om een recyclinginstallatie te ontwikkelen die volledig op zonne-energie werkt.