Na skládkách končí každý rok stovky milionů tun jednorázových plastů a ani to malé procento, které se recykluje, nevydrží věčně. Skupina vědců zabývajících se materiály vyvinula novou metodu vytváření a rozkládání polymerů, která by mohla vést ke snadnější recyklaci plastů – takových, které nebude nutné pečlivě třídit. Novinku pro web The Conversation popsaly doktorandky ze Státní univerzity v Coloradu Katherine Harry a Emma Rettner.
Za sto let od jejich vzniku si lidé uvědomili, jak obrovský dopad – prospěšný i škodlivý – mají plasty na lidské životy a životní prostředí. Skupina vědců zabývajících se polymery, kteří se věnují vynalézání udržitelných řešení reálných problémů, se rozhodla tento problém řešit tím, že přehodnotili způsob navrhování polymerů a začali vyrábět plasty, které mají recyklovatelnost zakomponovanou přímo v sobě.
Proč vlastně používat plasty?
Předměty denní potřeby, jako jsou nádoby na mléko, sáčky na potraviny, nádoby na jídlo, a dokonce i provazy, se vyrábějí ze skupiny polymerů zvaných polyolefiny. Polyolefiny tvoří přibližně polovinu plastů, které se každoročně vyrobí a zlikvidují.
Tyto polymery se používají v plastech běžně označovaných jako HDPE, LLDPE nebo PP, respektive recyklačními kódy #2, #4 a #5. Tyto plasty jsou neuvěřitelně odolné, protože chemické vazby, které je tvoří, jsou extrémně stabilní. Ve světě nastaveném na spotřebu na jedno použití to však již není ani tak vlastnost, jako spíše chyba.
Představte si, že by polovina dnes používaných plastů byla recyklovatelná dvojnásobným počtem způsobů než nyní. To by sice nevedlo k dosažení 100% míry recyklace, ale skok z jednociferného čísla, které se v současnosti pohybuje kolem 9 %, na dvojciferné číslo by znamenal velkou změnu v množství vyrobených plastů, v množství plastů nahromaděných v životním prostředí a v jejich kapacitě pro recyklaci a opětovné použití.
Metody recyklace, které již máme
Ani plasty, které se dostanou do recyklačního zařízení, nelze znovu použít přesně stejným způsobem, jakým se používaly předtím. Recyklační proces materiál degraduje, takže ztrácí část svých vlastností. Namísto výroby plastového kelímku, jehož užitná hodnota se při každé recyklaci snižuje, by výrobci mohli potenciálně vyrobit plast pouze jednou, recyklovat ho a používat znovu a znovu.
Běžná recyklace vyžaduje pečlivé třídění všech shromážděných materiálů, což může být u tolika různých typů plastů obtížné. V USA probíhá sběr převážně prostřednictvím jednostupňové recyklace – vše od kovových plechovek, skleněných lahví, kartonových krabic a plastových kelímků končí ve stejné popelnici.
Oddělení papíru od kovu nevyžaduje složitou technologii, ale vytřídit polypropylenový obal od polyethylenové nádoby na mléko se bez občasné chyby obejde jen těžko. Pokud se při recyklaci smíchají dva různé plasty, jejich užitné vlastnosti se značně sníží – až se stanou nepoužitelnými.
Je tedy nutné recyklovat jiným způsobem. Když vědci smíchali vzorky polypropylenu s polymerem, který vyrobili, byli následně schopni materiál depolymerizovat – neboli rozložit – a získat zpět základní stavební prvky, aniž by chemicky ovlivnili polypropylen. I kontaminovaný odpad tak může získat zpět svou hodnotu a materiál v něm obsažený může být dále recyklován, a to buď mechanicky, nebo chemicky.
Potřebujeme plasty – ale recyklovatelnější
Ve studii publikované v říjnu 2023 vědci zveřejnili podrobnosti o řadě polymerů s pouhými dvěma jednoduchými stavebními bloky – jedním měkkým a jedním tvrdým polymerem – které napodobují polyolefiny, ale zároveň je lze chemicky recyklovat.
Vícenásobným spojením dvou různých polymerů dohromady, dokud nevytvoří jedinou dlouhou molekulu, vzniká tzv. víceblokový polymer. Pouhým nastavením množství jednotlivých typů polymerů ve víceblokovém polymeru dokázali vědci vytvořit širokou škálu materiálů s různými vlastnostmi. Vytvořit víceblokové polymery je navíc relativně snadné.
Badatelé použili k propojování tvrdých a měkkých polymerů techniku, která se dříve využívala pouze u velmi malých molekul. Tato metoda je dokonalejší ve srovnání s tradičními způsoby postupné výroby polymerů, vyvinutými ve 20. letech minulého století, kdy je třeba přesně sladit reaktivní skupiny na koncích molekul.
V nové metodě jsou reaktivní skupiny navzájem stejné, což znamená, že se není nutné starat o párování konců jednotlivých stavebních bloků, aby vznikly polymery, které mohou konkurovat dnes používaným polyolefinům. Při použití stejné strategie, aplikované v opačném směru přidáním vodíku, lze tyto polymery opět rozpojit na jejich stavební bloky a snadno je oddělit k dalšímu použití.
Jiskřička naděje pro budoucnost
Vzhledem k předpokládanému téměř dvojnásobnému nárůstu roční spotřeby plastů do roku 2050 se složitost a množství recyklace plastů bude nadále zvyšovat. Stává se tak důležitým faktorem při navrhování nových materiálů a výrobků.
Použití pouhých dvou stavebních bloků k výrobě plastů, které mají obrovskou škálu vlastností, může výrazně přispět ke snížení a zefektivnění počtu různých plastů používaných k výrobě produktů, které potřebujeme. Místo toho, abychom potřebovali jeden plast na výrobu něčeho poddajného, druhý na něco tvrdého a třetí, čtvrtý a pátý na vlastnosti mezi nimi, můžeme řídit vlastnosti plastů pouhou změnou množství jednotlivých stavebních bloků.
„Přestože stále ještě hledáme odpovědi na některé důležité otázky týkající se těchto polymerů, věříme, že tato práce je krokem správným směrem k udržitelnějším plastům.“ uzavírají Katherine Harry a Emma Rettner. „Podařilo se nám vytvořit materiály, které napodobují vlastnosti plastů, na které se svět spoléhá, a náš cíl je nyní zaměřen na vytváření takových plastových kompozic, které by se stávajícími metodami vytvořit nedaly.“