据悉，新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)的科学家们发明了一种方法，利用发光二极管(LED)和一种市售催化剂，在室温下将一般塑料升级为可用于储能的化学成分，提升不可降解塑料的可循环性。相关研究以“Upcycling of non-biodegradable plastics by base metal photocatalysis”为题发表在《Chem》期刊上。
在全球范围内，目前只有约9% 的塑料废物得到回收利用，剩下高达 91% 的塑料废物被丢弃在垃圾填埋场、焚化炉或环境中。大部分未回收利用的塑料由不可生物降解的聚烯烃组成，如聚乙烯和聚丙烯，因其使用寿命长而常用于包装材料，这给其废物管理带来了巨大挑战。高温热解等传统方法需要加热到至少 200°C，这不必要地排放了大量温室气体。研究团队报告了一种光催化反应，该反应可在环境温度和压力下将塑料循环利用为化学品。产品包括羧酸，它们是多功能体，可作为液态有机物储氢用于储能。这项研究证明了开发塑料废弃物作为化石燃料的可持续替代品，用于能源生产和化学原料生产的可行性解决方案。这一创新克服了目前回收聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚苯乙烯(PS)等塑料的挑战，这些塑料加起来占全球塑料垃圾的75%以上。
新工艺非常节能，未来可以很容易地由可再生能源提供动力，不像其他热驱动的回收工艺，如热解。
塑料升级再循环的最新技术
回收这些塑料的最大挑战是它们的惰性碳碳键，这种键非常稳定，因此需要大量的能量才能打破。这种结合也是这些塑料耐化学性并具有相对高熔点的原因。
目前，回收这类塑料的唯一商业方法是通过热解，这种方法能源成本高，产生大量温室气体排放，且考虑到所得热解油的产品价值较低，成本又过高。南洋理工大学化学、化学工程和生物技术学院的光催化专家Soo Han Sen副教授开发了这种新方法，在市售钒催化剂的帮助下，使用LED激活并分解塑料中的惰性碳碳键。
塑料树脂、塑料垃圾和多层包装的基材范围
在开发塑料垃圾问题的绿色解决方案时，该团队希望通过回收塑料来确保产生最小的额外碳排放，塑料是含有碳原子的长链分子。研究团队的突破不仅为日益严重的塑料垃圾问题提供了一个潜在的方案，而且还重新利用了这些塑料中捕获的碳，而不是通过焚烧将其作为温室气体释放到大气中。
塑料是如何分解的?
首先，将塑料溶解在二氯甲烷的有机溶剂中，这种溶剂用于分散聚合物链，使它们更容易被光催化剂触达。然后将溶液与催化剂混合，流经一系列被LED灯照射的透明管上。
在钒催化剂的帮助下，光提供了打破碳碳键的初始能量，这个过程分为两步。塑料中的碳氢键被氧化，使其不那么稳定，更容易发生反应，随后碳碳键被分解。
从溶液中分离后，最终产物是甲酸和苯甲酸等化学成分，可用于制造燃料电池和液态有机物储氢(LOHC)技术中使用的其他化学品。由于LOHC能够更安全地储存和运输氢气，因此它们在清洁能源开发中发挥着关键作用，目前能源部门正在探索开发LOHC。
光催化 PS 转换的反应动力学和残留物分析
研究的方法是独特的，因为它可以使用阳光或由太阳能、风能或地热等可再生能源供电的LED，对如此广泛的塑料进行完全处理和升级循环。这可以提高对塑料清洁和节能管理，并提高塑料的回收率。
利用带再循环的连续流光化学反应器实现克级的实际塑料废物循环利用
这一研究还可能有助于新加坡减少被焚烧或送往垃圾填埋场的塑料垃圾数量，帮助该国实现“零废物总体规划”，即到2030年将总体回收率提高到70%，并减少运往Semakau垃圾填埋场的垃圾，而按照目前的垃圾处理率，预计到 2035 年新加坡唯一的垃圾填埋场，Semakau 垃圾填埋场将耗尽空间。
新加坡每年产生约100万吨塑料垃圾，其中只有6%的塑料垃圾被回收利用。
研究团队估计，如果新加坡能够对80%的塑料进行升级回收，就可以减少至少210万吨的二氧化碳排放，约占该国温室气体排放总量的4%。减少二氧化碳排放的经济效益估计为每年4140万新加坡元，而避免使用垃圾填埋场每年节省的成本估计约为4135万新加坡元。塑料再利用和回收预计将为全球化工行业带来高达600亿美元的利润增长。
此外，当塑料被升级为化学原料时，它减少了化学工业燃烧化石燃料来生产化学原料的需求，进一步减少了温室气体排放。
南洋理工大学的团队已经为他们的光催化工艺申请了专利，该工艺的设计考虑到了工业可扩展性，该团队目前正在寻找合作伙伴，进一步将该技术商业化，这可能有助于帮助新加坡实现2050年的净零排放目标。
