Het milieuprobleem dat wordt veroorzaakt door microplastics is een van de meest urgente en zorgwekkende kwesties van de 21e eeuw geworden. Sinds de massaproductie van plastic in de jaren 1950, toen deze materialen op grote schaal in verschillende sectoren van de industrie werden gebruikt, hebben microplastics – plastic deeltjes kleiner dan vijf millimeter – zich over de hele planeet verspreid en de meest afgelegen ecosystemen binnengedrongen, van de oceanen tot de verste bodems. Deze kleine fragmenten zijn extreem duurzaam, wat betekent dat ze niet gemakkelijk afbreken en honderden, zo niet duizenden jaren kunnen blijven bestaan, waardoor natuurlijke omgevingen worden vervuild en onherstelbare schade wordt toegebracht aan de fauna, flora en zelfs de mens.

De aanwezigheid van microplastics in onze oceanen, rivieren en zelfs in de lucht heeft alarmerende gevolgen, waarbij verschillende onderzoeken aantonen dat deze deeltjes kunnen worden ingeslikt door mariene organismen die ze verwarren met voedsel. Dit resulteert in de besmetting van voedselketens, wat direct invloed heeft op mensen die producten consumeren uit vervuilde ecosystemen. Bovendien worden microplastics in verband gebracht met gezondheidsproblemen, omdat ze na verloop van tijd giftige chemische stoffen afgeven, wat de milieuproblematiek verder verergert. De impact van dit afval draagt ook bij aan de opwarming van de aarde, aangezien de afbraak van plastic broeikasgassen vrijmaakt.

Een innovatieve doorbraak kan echter een veelbelovende oplossing bieden voor dit groeiende probleem. In een recent gepubliceerde studie in Angewandte Chemie International Edition heeft een team onderzoekers van de Texas A&M University in de Verenigde Staten een revolutionaire aanpak voorgesteld om plastic afval, met name microplastics, om te zetten in schone energiebronnen. De studie stelt niet alleen een effectievere methode voor om plastic te recyclen, maar ook een manier om het om te zetten in duurzame brandstof, die zou kunnen helpen de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen en zo de opwarming van de aarde tegen te gaan.

Het centrale punt van het onderzoek, geleid door professor Manish Shetty, is de ontwikkeling van een methode om condensatiepolymeren af te breken, zoals polyethyleentereftalaat (PET), dat veel wordt gebruikt bij de productie van plastic flessen en verpakkingen. Het voorgestelde proces omvat de afbraak van dit plastic in eenvoudigere chemische verbindingen die kunnen worden omgezet in brandstof, en zo een milieuprobleem veranderen in een energieoplossing.

Volgens Shetty ligt de innovatie in het afbreken van plastics tot aromatische verbindingen die als brandstoffen kunnen worden gebruikt. Hiervoor gebruikte het team organische verbindingen, bekend als “waterstofdragers”, die fungeren als sponzen die waterstof kunnen absorberen en opslaan. Deze waterstof wordt vervolgens gebruikt om het plastic af te breken en om te zetten in nieuwe verbindingen die kunnen worden gebruikt voor de productie van brandstoffen.

Deze aanpak biedt een gesloten cyclus voor de omzetting van plastic afval in energie. In plaats van plastic alleen te recyclen om nieuwe producten te produceren, stelt de studie een diepgaandere transformatie voor, waarbij plastic wordt omgezet in een nuttige brandstofbron die kan worden gebruikt in verschillende industriële en energieprocessen. Volgens Shetty is het grote verschil van dit onderzoek dat het niet alleen het probleem van plasticafvalbeheer oplost, maar ook een duurzame en hernieuwbare energiebron genereert.

Het door de onderzoekers ontwikkelde proces is gebaseerd op twee belangrijke chemische reacties: methanolyse en hydrogenolyse. In de eerste reactie wordt methanol gebruikt om PET af te breken in kleinere fragmenten. In de hydrogenolyse wordt de waterstof, die door methanol wordt getransporteerd, gebruikt om de chemische bindingen van PET te breken, waardoor het wordt omgezet in p-xyleen, een nuttige molecule voor de brandstofproductie.

Methanol speelt een cruciale rol in dit proces, niet alleen bij de afbraak van PET, maar ook bij het transporteren van waterstof, een essentieel element om de chemische reactie te vergemakkelijken. Waterstof, een op zichzelf al schone brandstof, kan worden gebruikt om energie op te wekken zonder broeikasgassen uit te stoten, wat het proces nog duurzamer maakt. In het onderzoek gebruikten de onderzoekers katalysatoren, zoals een mengsel van koper, zink en zirconium (Cu/ZnZrOₓ), om de chemische reacties te versnellen en hun efficiëntie te verhogen. Deze katalysatoren maken de reacties sneller, gecontroleerder en efficiënter, waardoor PET effectiever wordt omgezet in p-xyleen.

Het gebruik van organische verbindingen als waterstofdragers vertegenwoordigt ook een significante innovatie, omdat het een praktischere en kosteneffectievere manier biedt om waterstof op te slaan en te transporteren zonder het in zijn pure vorm te hoeven bewaren, wat een complexe en dure taak is.

Het revolutionaire aspect van dit onderzoek is het gebruik van methanol als medium om groene waterstof te transporteren en tegelijkertijd als agent voor de omzetting van PET in brandstof. Methanol, dat normaal gesproken wordt geproduceerd uit aardgas, wordt nu vanuit een nieuw perspectief bekeken, niet alleen als een chemisch product, maar als een strategisch hulpmiddel voor het beheer van plastic afval en de opwekking van schone energie. Het gebruik van methanol elimineert de noodzaak om waterstof in zijn pure vorm te vervoeren, wat problematisch is vanwege de lage energiedichtheid van waterstof en de hoge transportkosten.

Deze ontdekking kan daarom de manier waarop we denken over plastic recycling en energieopwekking transformeren. In plaats van plastic alleen te recyclen, kunnen we het omzetten in schone brandstof, wat helpt de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen. Groene waterstof, verkregen uit hernieuwbare bronnen, zou in de toekomst een haalbaar alternatief voor fossiele brandstoffen kunnen worden, en het gebruik van methanol om deze waterstof te transporteren zou een nieuwe markt kunnen openen voor de chemische industrie.

Shetty, enthousiast over de onderzoeksresultaten, gelooft dat deze technologie, als ze op grote schaal wordt toegepast, de wereldeconomie zou kunnen veranderen. “Naarmate waterstof steeds toegankelijker wordt, hebben we waterstofdragers nodig als een vector om het te verplaatsen van waar het wordt gegenereerd naar waar het nodig is”, zegt de onderzoeker. Hij voegt eraan toe dat deze technologie, naast de brandstofproductie, ook zou kunnen worden toegepast op stedelijk afvalbeheer, waarbij weggegooid plastic wordt omgezet in energiebronnen en andere waardevolle chemische verbindingen.

Het onderzoek van Shetty biedt niet alleen een oplossing voor het plasticafvalprobleem, maar stelt ook een revolutie in de energiesector voor door een circulaire economie te bevorderen, waarin afval wordt omgezet in waardevolle grondstoffen. Met de groeiende vraag naar duurzame oplossingen kan deze aanpak een belangrijke stap zijn in de richting van een groenere toekomst zonder economische en industriële groei in gevaar te brengen.