塑料回收技术的激动人心的创新

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塑料无处不在——我们把它们用作家具、食品容器、衣服的织物材料和外卖食品的袋子。不幸的是,它们最终也会进入垃圾填埋场和海洋。尽管政府努力限制吸管、一次性塑料袋或瓶装水的使用,但塑料垃圾问题仍然具有挑战性。

回收塑料是被认为更具长期可持续性的解决方案之一。在过去的几年里,关于开发更好的塑料回收利用的研究相当活跃。为了给我们一点希望,这场战斗不是没有希望的,让我们看看这个领域一些最令人兴奋的发展。

塑料摄入细菌

细菌

回收或处理塑料的一个关键步骤是将其分解成更小的颗粒。其目的是减少塑料的组成化合物,从而使他们更无害,更有用的重复应用。然而,这说起来容易做起来难。塑料的高分子化合物非常稳定,这是塑料被广泛应用的主要原因之一。

全世界的科学家在过去的几年里都在优化一种能让特定细菌菌株分解塑料的工艺。日本科学家早在2016年就首次发现了这种细菌Ideonella sakaiensis。这种细菌的能力首先表现在将PET分解为其成分乙二醇和对苯二甲酸二甲酯(DMT)。它在一种应用最广泛的塑料上发挥作用的事实足以表明这个想法有很大的潜力。

今天,在这方面有多种努力。2016年,巴基斯坦科学家发现了一种真菌,它也能分解塑料。俄勒冈州一名生物学专业的学生在从附近的一个石油地点采集样本后,发现了一种吃塑料的细菌。来自韩国、中国、德国和法国的科学家也报告了类似的突破。

原始实验中的一个缺陷是其分解过程仍然太慢。为了使这种方法切实可行,必须加快速度。这是一组丹麦研究人员正在进行的工作重点。研究人员没有研究这种细菌,而是把重点放在细菌用来分解塑料的两种酶上。通过蛋白质工程,这些酶可以更快地发挥作用。

一家名为Carbios的法国公司现在正计划在2021年下半年建立一个工业示范工厂,用于塑料的酶分解。他们使用的酶专门分解PET。如果该设施按预期工作,它可以生产100%的回收PET,是相同的质量与原始PET。这只是第一步,该集团的目标是建设一个全尺寸的工业单位,酶为基础的PET回收。

用再生塑料筑路

处理多余塑料废料的另一种方法是将其重新用于关键应用。世界上许多国家已经有了将塑料废料掺入沥青和混凝土的道路。这些道路不仅成本低、可持续,而且受益于塑料的全天候耐久性。

一家名为MacRebur的苏格兰公司是这一创新领域最著名的公司之一。该公司声称,使用一种叫做MR6的材料,使用再生塑料可以减少道路沥青的使用量达10%。更重要的是,用MR6制造的道路和柏油路强度高达60%,使用寿命延长10%。

在使用再生塑料道路的程度方面,印度一直处于领先地位。截至2021年,印度已经有超过6万英里的公路使用了这项技术。其他国家最近也开始采用,特别是墨西哥、荷兰、越南、菲律宾和美国。

这项技术的一大卖点是它非常简单。像MacRebur这样的公司可以以颗粒或谷物的形式出售回收的塑料材料。然后将其与沙子和碎石混合,加热至170摄氏度,形成骨料。加热沥青与骨料混合。这种混合物可以很容易地用于道路建设。

尽管使用了再生材料,但一些研究表明,这些道路实际上比传统道路性能更好。有一定比例的塑料材料使道路更加灵活,容易出现裂缝和坑洞。塑料的使用也减少了沥青制造过程中的碳排放。

道路作为塑料垃圾的替代道路的好处是有很多。大量的塑料废料可以用于这一应用,特别是随着越来越多的国家采用这一技术。一些组织表示担心,这些道路会导致微塑料掉入海洋。然而,这种可能性仍在研究中。

人工智能辅助塑料分选

编程代码

塑料回收设施面临的一个主要挑战是分类。在进行任何处理之前,必须根据塑料类型、大小、重量、颜色或污染物的存在对塑料废物进行分类。这通常由人类完成,严重限制了设施接受可回收材料的能力。留住员工也变得很有挑战性——毕竟,大多数人并不把分类垃圾当作一项长期工作。

不完全适合回收利用的塑料可被认为是劣质原料和塑料回收设施拒绝。这些垃圾最终被填埋或焚烧。早在2018年,由于污染问题,中国就开始拒绝从美国进口可回收材料。

为了减少对手工工作的依赖,研究人员一直在开发人工智能驱动的机器人,可以进行自动垃圾分类。这些都配备了摄像头,可以识别具体的项目,然后用机器人手臂分类。项目根据颜色、大小和形状进行标识。据报道,这些机器人的工作速度大约是人类的两倍,精确度相当。

麻省理工学院分布式机器人实验室正在进行的一项研究旨在为这种垃圾分类机器人添加触觉传感器。AMP Robotics的另一项开发旨在通过机器学习增强这些机器人,使它们在分类更多项目时变得“更聪明”。这些技术有助于提高垃圾分类机器人的效率,尤其是当它们需要经过更多样化的原料时。

用废塑料瓶制作生态砖

生态砖运动是一个更知名的倡议,以再利用塑料废料。一个生态砖只是一个塑料瓶,其中已紧凑地包装了其他废塑料项目。我们的目标是将这些生态砖用作墙壁或家具的积木。它们通常用水泥或硅树脂加固。

2013年,全球生态砖联盟(GEA)由来自不同国家的生态砖运动领导人组成。这一举措有助于在全球范围内传播,也有助于在世界各地制定建造生态砖的标准。如今,GEA在菲律宾、印度尼西亚、南非、美国和英国均有业务。他们还拥有认证的培训师,可以教人们如何正确地制作生态砖。

生态砖的原理是固存。塑料不会被填埋场、焚化炉或海洋所覆盖,它们可以被隔离在建筑内部。环保砖可以防止塑料暴露在阳光、热量或氧气中,而氧气可以将塑料分解成有害的碳副产品。

建筑结构的生态砖利用摇篮到摇篮的概念。这意味着当结构最终拆除时,生态砖将被重新利用。使用硅酮或土基建筑材料意味着生态砖可以恢复而不受损害。

如今,在菲律宾、印度、塞尔维亚和美国,生态砖被用作建筑材料。在阿根廷,一个家庭几乎完全使用生态砖建造自己的家——总共大约有1000瓶。生态砖运动已经存在了十年,但仍处于起步阶段。

智能高分子材料

回收塑料的另一种方法是将聚合物本身设计成易于回收的。这是开发“智能聚合物”的目标之一。这些聚合物被设计用来对外部刺激做出反应,从而使它们能够得到更好的控制。这使得塑料的回收特性成为可能。

例如,聚合物可被设计成在暴露于光或特定温度范围时具有大的性质变化。对于回收,当对象达到其使用寿命时,可以触发此类功能。这有助于去除塑料制品中的污染物,或将塑料完全分解成其化学成分。

一个由欧盟资助的名为DECOAT的财团旨在将这项技术应用于塑料基涂料、粘合剂和其他整理剂。Devan是这个联合体的成员之一,其任务是开发一种添加剂,这种添加剂可以在使用特定触发器时分离涂层材料。添加剂既可以包含在微胶囊中,也可以包含在与涂层混合的化合物中,所述涂层可以被诸如微波发射之类的刺激物激活。这将使这些涂层材料的回收更容易,并使它们不太可能最终进入垃圾填埋场。

最后的想法

到目前为止,几乎不需要说塑料垃圾问题是我们需要优先考虑的问题。我们很多人已经有意识地努力减少塑料的使用,无论是随身携带可重复使用的水瓶,还是拒绝一次性外卖塑料袋。这些努力还是不够的。

回收利用是减少塑料垃圾的一种方法,但令人痛心的是,它仍然太有限。我们讨论的创新是使回收更有效的一些方法。