Wetenschappers ontwikkelen een nieuwe manier om twee grote wereldwijde problemen tegelijk aan te pakken: plasticvervuiling en de vraag naar schone energie. Door zonlicht te gebruiken, vinden ze manieren om weggegooid plastic om te zetten in bruikbare brandstoffen.

Een recente studie onder leiding van promovendus Xiao Lu van de Universiteit van Adelaide onderzoekt hoe systemen op zonne-energie plastic afval kunnen omzetten in waterstof, syngas en andere industriële chemicaliën. Deze aanpak zou kunnen helpen bij het creëren van een duurzamere, circulaire economie door nieuwe waarde te geven aan materialen die normaal gesproken worden weggegooid.

Wereldwijd wordt jaarlijks meer dan 460 miljoen ton plastic geproduceerd, en grote hoeveelheden belanden als vervuiling op land en in zee. Tegelijkertijd heeft de noodzaak om af te stappen van fossiele brandstoffen de zoektocht naar schonere energiealternatieven geïntensiveerd.

Het onderzoek, gepubliceerd in Chem Catalysis, laat zien dat plastics, die rijk zijn aan koolstof en waterstof, kunnen worden behandeld als een hulpbron in plaats van alleen maar afval.

"Plastic wordt vaak gezien als een groot milieuprobleem, maar het biedt ook een aanzienlijke kans," zei mevrouw Lu. "Als we plastic afval efficiënt kunnen omzetten in schone brandstoffen met behulp van zonlicht, kunnen we vervuiling en energie-uitdagingen tegelijk aanpakken."

De methode, zonne-gedreven fotoreforming genaamd, vertrouwt op lichtgevoelige materialen die bekend staan als fotokatalysatoren. Deze materialen gebruiken zonlicht om plastics bij relatief lage temperaturen af te breken.

Via dit proces kunnen plastics worden omgezet in waterstof, een schone brandstof die bij gebruik geen uitstoot produceert, samen met andere waardevolle industriële chemicaliën.

Vergeleken met traditionele watersplitsing voor waterstofproductie kan deze aanpak energiezuiniger zijn. Plastics zijn gemakkelijker te oxideren, waardoor de reacties minder energie vergen en de potentie voor grootschalig gebruik toeneemt.

Volgens senior auteur professor Xiaoguang Duan van de School of Chemical Engineering aan de Universiteit van Adelaide hebben recente experimenten sterke resultaten opgeleverd.

Onderzoekers hebben hoge niveaus van waterstofproductie gemeld, evenals de creatie van azijnzuur en zelfs koolwaterstoffen in dieselbereik. Sommige systemen hebben meer dan 100 uur continu gedraaid, wat wijst op verbeterende stabiliteit en prestaties.

Ondanks deze vooruitgang moeten er nog verschillende obstakels worden overwonnen voordat de technologie op grote schaal kan worden toegepast.

"Een grote hindernis is de complexiteit van plastic afval zelf," zei professor Duan. "Verschillende soorten plastic gedragen zich anders tijdens de omzetting, en additieven zoals kleurstoffen en stabilisatoren kunnen het proces verstoren. Efficiënt sorteren en voorbehandeling zijn daarom essentieel om de prestaties en productkwaliteit te maximaliseren."

Een ander belangrijk probleem betreft de fotokatalysatoren zelf. Deze materialen moeten zeer selectief en duurzaam zijn, in staat om te werken onder veeleisende chemische omstandigheden zonder effectiviteit te verliezen. Huidige versies kunnen na verloop van tijd degraderen, wat hun betrouwbaarheid op lange termijn beperkt.

"Er is nog steeds een kloof tussen laboratoriumsucces en toepassing in de echte wereld," zei professor Duan. "We hebben robuustere katalysatoren en betere systeemontwerpen nodig om ervoor te zorgen dat de technologie zowel efficiënt als economisch haalbaar is op schaal."

Het scheiden van de eindproducten is ook een uitdaging. De reacties produceren vaak een mengsel van gassen en vloeistoffen, die moeten worden gescheiden via energie-intensieve processen. Dit kan de algehele milieuvoordelen verminderen.

Om deze problemen te overwinnen, benadrukken onderzoekers de noodzaak van een meer geïntegreerde strategie. Dit omvat verbeteringen in katalysatorontwerp, reactorontwerp en algehele systeemoptimalisatie. Nieuwe ideeën die worden onderzocht, zijn onder meer continu-stroomreactoren, systemen die zonne-energie combineren met thermische of elektrische energie, en geavanceerde monitoringtools om de efficiëntie te verbeteren.

Vooruitkijkend heeft het team stappen geschetst voor het opschalen van de technologie. Hun doelen omvatten het verhogen van de energie-efficiëntie en het mogelijk maken van continue industriële werking in de komende decennia.

"Dit is een opwindend en snel evoluerend veld"