Ein Forscherteam der NYU Abu Dhabi hat ein einstufiges, organisches Lösungsmittel-freies, hydrothermales Verfahren entwickelt, um Plastiktüten auf Polyethylenbasis und chirurgische Masken auf Polypropylenbasis in Kohlenstoffpunkte umzuwandeln.
Schätzungsweise 26.000 Tonnen pandemiebedingter Kunststoffabfall – von medizinischen Abfällen bis hin zu Verpackungen für Online-Einkäufe – wurden in die Weltmeere freigesetzt, was es noch dringender macht, effiziente Methoden zum Upcycling dieses nicht abbaubaren Materials zu finden. Eine Lösung besteht darin, den Einwegkunststoff in sogenannte Carbon Dots umzuwandeln, Kohlenstoff-Nanomaterialien, die biokompatibel sind und Anwendungen in den Bereichen biologische Bildgebung, Umweltüberwachung, chemische Analyse, gezielte Arzneimittelabgabe, Krankheitsdiagnose und -therapie sowie Anti -Fälschung. Bestehende Methoden zum Upcycling von Kunststoff zu Kohlenstoffpunkten umfassen mehrere, zeitaufwändige Schritte und verwenden giftige Chemikalien.
In der in der Zeitschrift veröffentlichten Studie mit dem Titel „High-yield, One-pot Upcycling of Polyethylene and Polypropylene Waste into Blue-Emissive Carbon Dots“. Grüne Chemiestellen die Forscher die Entwicklung einer neuen Synthesemethode vor, die einen einfachen, kostengünstigen und hochskalierbaren Ansatz zum Upcycling von Kunststoffabfällen darstellt.
Wichtig ist, dass diese oxidative Abbaumethode Kunststoffe recyceln kann, die mit organischen Abfällen wie Lebensmittelabfällen verunreinigt sind, was eine erhebliche Herausforderung für herkömmliche Recyclingtechnologien darstellt. Der leitende Autor ist Khalil Ramadi, Assistenzprofessor für Bioengineering an der NYUAD. Mohammed Abdelhameed, Wissenschaftler an der NYUAD, und Mahmoud Elbeh, Student an der NYUAD, sind Erstautoren der Studie.
Die Forscher schätzten auch die wirtschaftliche Machbarkeit des Syntheseverfahrens ein, indem sie die variablen Kosten dieses Verfahrens mit bestehenden chemischen Recyclingverfahren verglichen und dabei den wirtschaftlichen Wert der erzeugten Kohlenstoffpunkte berücksichtigten. Sie fanden heraus, dass der globale Marktwert von Carbon Dots bis 2025 voraussichtlich 6,412 Milliarden US-Dollar erreichen wird, gegenüber 2,496 Milliarden US-Dollar im Jahr 2019 – ein hoher kommerzieller Wert, der die damit verbundenen Verarbeitungskosten mehr als rechtfertigt.
Die große Menge an Einwegkunststoffen, die während der Pandemie verwendet wurden, insbesondere OP-Masken und medizinische Abfälle, macht es erforderlich, eine Lösung für die Entsorgung nicht biologisch abbaubarer Abfälle zu finden. Es wird auch geschätzt, dass nur 14 Prozent der zulässigen Kunststoffverpackungen, deren Verwendung aufgrund des Booms beim Online-Shopping stark angestiegen ist, recycelt werden, während der Rest auf Mülldeponien und in Ozeanen landet, wo er erheblichen Schaden anrichtet. Diese Materialien können von Organismen verzehrt oder in Mikro- und Nanokunststoffe zerlegt werden, die Land-, Meeres- und Süßwasserökosysteme und letztendlich die menschliche Gesundheit gefährden können.
„Die neue Methode, die unser Team entwickelt hat, ist eine kostengünstige und sichere Methode, die leicht implementiert werden kann, um die Menge an schädlichem Kunststoff, die in unsere Ökosysteme freigesetzt wird, erheblich zu reduzieren“, sagte Ramadi. „Dieser Ansatz bietet nicht nur ein neues Werkzeug zum Schutz unserer Ökosysteme, sondern kann auch Kohlenstoffpunkte effizient und verantwortungsbewusst produzieren, eine vielseitige Nanotechnologie, deren Anwendungsmöglichkeiten nahezu grenzenlos sind.“
Elbeh erklärte: „Wir freuen uns sehr, die Kreislaufwirtschaftspolitik der VAE weiter zu unterstützen. Angesichts der Tatsache, dass wir die Kunststoffabfallkrise angehen, indem wir ein wertvolles Produkt mit einer relativ einfach zu implementierenden Methode herstellen, freuen wir uns auf weitere Kooperationen dieses Projekt nicht nur zu skalieren, sondern auch die produzierten Punkte für weitere Entwicklungen und Anwendungen zu nutzen.“
Mehr Informationen:
Mohammed Abdelhameed et al, High-Yield One-Pot-Upcycling von Polyethylen- und Polypropylenabfällen zu blau emittierenden Kohlenstoffpunkten, Grüne Chemie (2023). DOI: 10.1039/D2GC04177D