Plastik jest nieunikniony w naszym codziennym życiu. Jednak ogromna ilość odpadów plastikowych, które gromadzą się na wysypiskach i w środowisku, stanowi tak samo poważny problem jak użyteczny plastik. W czasopiśmie Angewandte Chemie niemiecka grupa badawcza przedstawiła nową metodę recyklingu odpadów polistyrenu. Ich efektywny proces elektrochemiczny wykorzystuje tani katalizator na bazie żelaza, wytwarza wodór jako produkt uboczny i może być zasilany panelami słonecznymi.
Mniej niż 10% plastiku produkowanego na świecie jest poddawane recyklingowi. Odpady plastikowe gromadzą się na wysypiskach i w wodach, stanowiąc zagrożenie dla dzikiej przyrody i środowiska. Prognozy wskazują, że do 2025 roku objętość nagromadzonego plastiku osiągnie 40 miliardów ton. Na całym świecie około 33% materiału osiadającego na wysypiskach stanowi polistyren (PS), który jest szeroko stosowany w opakowaniach i budownictwie. Zaledwie około 1% polistyrenu jest poddawane recyklingowi. Światowa produkcja polistyrenu osiągnęła 15,4 miliona ton w 2022 roku i nadal rośnie. Recykling plastiku, a zwłaszcza polistyrenu, jest jednym z największych problemów społecznych naszych czasów. Efektywne, opłacalne metody recyklingu, które przekształcają odpady plastikowe w cenne małe cząsteczki wykorzystywane w syntezach chemicznych, są krokiem w stronę zrównoważonego cyklu węgla.
Zespół pod kierownictwem Lutza Ackermanna z Instytutu Chemii Zrównoważonej im. Friedricha Wöhlera w Getyndze (Niemcy) opracował metodę elektrokatalityczną do efektywnego rozkładu polistyrenu. W wyniku tego procesu rozkładu powstaje znaczna ilość monomerycznych produktów benzoilowych, które mogą być wykorzystywane jako surowce do procesów chemicznych, a także kilka krótkich łańcuchów polimerowych.
Kluczem do sukcesu jest silny katalizator na bazie żelaza – kompleks porfiryny żelaza, przypominający hemoglobinę. Jego przewaga nad wieloma innymi metalami katalitycznie aktywnymi polega na tym, że żelazo jest nietoksyczne, tanie i łatwe do pozyskania. Podczas reakcji elektrokatalitycznej związek żelaza cyklicznie przełącza się między różnymi stanami utlenienia (IV, III i II). Różne etapy reakcji i produkty pośrednie ostatecznie prowadzą do rozkładu wiązań węgiel-węgiel w szkieletach polimerowych. Głównymi produktami są kwas benzoesowy i benzaldehyd. Kwas benzoesowy jest surowcem do wielu syntez chemicznych, w tym do produkcji aromatów i konserwantów. Wiarygodność tego nowego elektrokatalizatora została udowodniona przez skuteczny rozkład rzeczywistych odpadów plastikowych w warunkach laboratoryjnych (na skali gramowej).
Proces rozkładu polistyrenu może być w pełni zasilany energią elektryczną z komercyjnie dostępnych paneli słonecznych. Ponadto w trakcie rozkładu powstaje użyteczny produkt uboczny – wodór. W ten sposób nowy proces elektrokatalityczny, który można łatwo skalować na poziom przemysłowy, łączy efektywny recykling plastiku z zdecentralizowaną produkcją zielonego wodoru.