デラウェア大学が率いる先駆的なチームが、プラスチック廃棄物をより効率的に液体燃料に変換する革新的な触媒を開発し、プラスチック汚染に対する持続可能な解決策への道を開いた。
デラウェア大学を率いる研究チームは、プラスチック汚染対策において画期的な進歩を遂げました。同チームは、従来の方法に比べて、プラスチック廃棄物をより迅速に、そして不要な副産物をより少なく液体燃料に変換する革新的な触媒を開発しました。
プラスチックは耐久性が高く評価されている一方で、マイクロプラスチックと呼ばれる小さな破片として残留し、生態系に侵入して人間の健康を脅かすため、大きな環境問題を引き起こしています。
従来のリサイクルプロセスでは、時間の経過とともにプラスチックの品質が低下し、世界中のプラスチック廃棄物の膨大な量に対応できなくなります。
新しい触媒、 公表 Chem Catalysis誌に掲載されたこの研究は、プラスチックのアップサイクル、つまり廃棄物を価値ある資源へと変換するプロセスにおける重要な進歩を示すものです。この革新は、プラスチック汚染を大幅に削減し、持続可能な燃料生産を促進する可能性を秘めています。
「アップサイクルでは、プラスチックを廃棄物として山積みにするのではなく、固形燃料のように扱い、有用な液体燃料や化学物質に変換することで、より迅速で効率的、かつ環境に優しい解決策を提供します」と、デラウェア大学ロバート・K・グラッセリ化学・生体分子工学教授で論文の主任著者であるドンシア・リュー氏はニュースリリースで述べた。
チームの研究は、水素化分解、つまり水素ガスと触媒を使用してプラスチックのポリマーを輸送や工業用途に適した液体燃料に分解する方法に焦点を当てています。
従来の触媒は、ポリマー分子が触媒の活性部位と相互作用しにくいため、効率の面で課題に直面することがよくあります。
しかし、デラウェア大学を率いる研究チームは、ナノマテリアルの一種であるMXenes（発音：マックス・イーンズ）を革新することで、この問題を解決しました。彼らはMXenesをメソポーラスMXenesへと変換し、溶融プラスチックがより自由に流れるようにする、より大きく開放された細孔を作り出しました。これにより、アップサイクルプロセスの効率が向上しました。
「MXeneは、本のページのように二次元的な層を形成します。閉じた本の中で積み重なった層は、溶融プラスチックが容易に通過することを困難にし、触媒との接触を制限します」と、化学・生体分子工学科の博士課程学生で筆頭著者のアリ・カマリ氏は付け加えた。「設計を改良するために、シリカピラーを挿入してMXene層間の空間を広げ、反応中に形成されるポリマーや中間化合物がより容易に流れるようにしました。」
研究チームは、メソポーラスMXene担持ルテニウム触媒を、買い物袋やフィルムによく使われるプラスチックである低密度ポリエチレン（LDPE）でテストし、驚くべき結果を確認しました。
加圧反応器において、LDPE、触媒、水素ガスを反応させたところ、反応速度はLDPEの水素化分解においてこれまで報告されていたものよりほぼ2倍速くなりました。また、この触媒は高い選択性を有し、メタンなどの不要な副産物を最小限に抑えながら、目的の液体燃料を生成しました。
「私たちは、変換速度を速めるだけでなく、燃料製品の品質も向上させる材料を開発することができました。この進歩は、ナノ構造メソポーラス触媒がプラスチックのアップサイクルを促進する可能性を浮き彫りにしています」と劉氏は付け加えた。
今後、研究チームは触媒をさらに改良し、様々な種類のプラスチックを処理できるMXeneベースの触媒の包括的なライブラリを開発する予定です。産業界のパートナーと協力し、プラスチック廃棄物を環境に優しく、地域社会に経済的価値をもたらす燃料や化学物質に変換することを目指しています。
出典： デラウェア大学