O metodă nouă de valorificare a polietilenei, potrivită pentru producția de masă ca materie primă pentru nailon
O echipă de chimiști de la Institutul Leibniz pentru Cataliză din Rostock a reușit să transforme selectiv polietilena, principalul component al deșeurilor plastice, în acizi dicarboxilici, precursori chimici pentru nailon, cunoscut și ca poliamidă. Reacția are loc în condiții blânde și nu necesită nici măcar un catalizator. Scopul este dezvoltarea unui proces la scară de instalație pilot, iar pentru aceasta echipa urmărește să crească selectivitatea și să elucideze mecanismele reacției.
Piroliza, o soluție tot mai contestată
Polietilena, materialul din care sunt făcuți sacii de plastic folosiți peste tot, împreună cu polipropilena, reprezintă patru cincimi din deșeurile plastice, respectiv aproximativ 400 de milioane de tone pe an la nivel mondial. Potrivit lui Esteban Mejía, liderul grupului de la institut, piroliza a devenit metoda consacrată de reciclare chimică a acestor poliolefine: plasticul este ars controlat la temperaturi de până la 600°C. Rezultatul este un ulei de calitate superioară, iar procesul nu emite CO₂, însă cantitatea enormă de energie consumată lasă o amprentă de CO₂ atât de mare încât autoritățile de mediu trag un semnal de alarmă. În Statele Unite, instalațiile de piroliză sunt deja închise.
Specii reactive de oxigen ca instrument
Cercetătorii cunosc o serie de procese catalitice care funcționează oxidativ, la fel ca piroliza. În aceste procese se formează pe suprafața polietilenei o specie reactivă de oxigen, numită ROS. Aceste specii descompun chimic polietilena, consumând practic materialul. Reacția necesită însă presiuni ridicate, ceea ce o face explozivă și greu de extins la scară practică. În plus, catalizatorii se bazează pe metale prețioase, ceea ce scumpește procesul și îl face dependent de piața volatilă a materiilor prime.
O abordare simplificată: acid azotic diluat și apă oxigenată
În timpul documentării, grupul lui Mejía a găsit rapoarte despre producerea acidului polietilen-dicarboxilic cu lanțuri de lungimi nespecifice, inclusiv prin folosirea acidului azotic foarte concentrat la 180°C și în microunde. Acestea sunt procese dure, dar ideea de a urma calea acidului azotic și de a simplifica procesul s-a dovedit promițătoare. Din aprilie 2026, cercetătorul postdoctoral Satyajit Panda lucrează la acest subiect, ajutat temporar de un student la masterat de la Universitatea din Rostock. Prin cercetări suplimentare și încercări repetate, grupul a ajuns la o reacție simplă: bucăți dintr-o pungă de plastic sunt puse într-o eprubetă cu acid azotic foarte diluat și apă oxigenată, amestecul este încălzit la maximum 120°C, iar polietilena se dizolvă. Controlul reacției este însă mai delicat, fiind importantă menținerea unui regim specific de aport de căldură, deoarece conversia implică mai multe etape, iar dacă produșii intermediari primesc prea mult timp, reacția decurge suboptimal și rezultă un amestec complex.
Selectivitate și mecanism de reacție
Acidul dicarboxilic este format din lanțuri de atomi de carbon de lungimi variabile. Publicațiile anterioare raportează rezultate cu lanțuri între 2 și peste 40 de atomi de carbon, folosite ca surfactant pentru producția de săpun. Produsul-țintă al chimiștilor din Rostock este însă un material de start viabil pentru poliamidă, adică nailon. În acest scop este potrivit acidul dicarboxilic cu un lanț de exact șase atomi de carbon, ceea ce impune cerințe mai ridicate privind selectivitatea reacției și procesele de separare. În experimentele lor, cercetătorii au reușit deja să restrângă lungimea lanțului produsului între patru și 10 atomi de carbon și speră să o îmbunătățească în colaborare cu Udo Kragl, de la Departamentul de Inginerie Chimică al Universității din Rostock. Pentru aceasta au depus cereri de finanțare. În cadrul proiectului intenționează să elucideze mecanismul reacției împreună cu analiști ai institutului, pentru a determina ce intermediari se formează în timpul procesului, când apar și cât de repede. Colaborează totodată cu un coleg de la Universitatea din Guayaquil, Ecuador, care investighează influența luminii asupra funcției speciilor reactive de oxigen în experimente fotochimice.
Deșeuri ca materie primă pentru un produs de masă
La nivel mondial se produc anual aproximativ 8 milioane de tone de poliamidă, iar materia primă principală este petrolul. Odată cu posibilitatea valorificării chimice a polietilenei, o mare parte a deșeurilor plastice ar putea servi drept materie primă alternativă. Procesarea la scară largă pentru producția de nailon ar reduce impactul asupra mediului și ar face industria independentă de materiile prime fosile în acest domeniu. Grupul lui Mejía pregătește în prezent un articol pentru publicare în Journal of the American Chemical Society și a primit o invitație de a-și prezenta rezultatele la conferința de cataliză din Asia de Sud-Est, în decembrie, la Singapore.
