Minęło prawie dziesięć lat, odkąd Jocelyn Doucet po raz pierwszy eksperymentowała z recyklingiem plastikowych odpadów w kuchence mikrofalowej. Teraz mówi, że technologia wywodząca się z tych wczesnych wysiłków może umożliwić produkcję plastiku prawie wyłącznie z materiałów pochodzących z recyklingu.

- Zużywamy coraz więcej tworzyw sztucznych - mówi inżynier z Quebecu i założyciel Pyrowave, pionierskiej firmy w dziedzinie mikrofalowej technologii recyklingu tworzyw sztucznych - Jednak nie ma zbyt wielu rozwiązań problemu ich utylizacji i właśnie to proponujemy.

Technologia jest tak obiecująca, że zwróciła uwagę francuskiego giganta oponiarskiego Michelin. W zeszłym roku firma ogłosiła partnerstwo z Pyrowave w celu zbudowania systemu mikrofalowego recyklingu opon. Będzie to pierwsze zastosowanie technologii Douceta na skalę komercyjną.

Większość recyklingu w dzisiejszej Kanadzie ma charakter mechaniczny, gdzie tworzywa sztuczne są rozdrabniane przed stopieniem w celu wytworzenia nowych produktów, zwykle o niższej jakości. Aby proces był opłacalny, strumień tworzyw sztucznych wchodzących do zakładu przetwórczego musi być czysty i dobrze posortowany, co stanowi ogromne wyzwanie logistyczne. Technologia Pyrowave wykorzystuje następnie mikrofale o dużej mocy do rozbicia czystego polistyrenu - powszechnego plastiku używanego do produkcji wszystkiego, od kubków jogurtowych po klawiatury - na komponenty molekularne lub monomery, które producenci mogą wykorzystać do stworzenia całkowicie nowego plastiku polistyrenowego.

Choć brzmi to prosto, podejście jest nowatorskie. Niewielu badaczy z powodzeniem wykorzystywało mikrofale do rozbijania plastiku na jego części składowe, dopóki Doucet, Doktor inżynierii chemicznej z Polytechnique de Montréal, razem z zespołem nie podjął wyzwania w 2009 roku.

W tym czasie pracował nad technologiami marnotrawienia żywności i chciał nowego wyzwania. „Zaczęliśmy zwracać się o odpadki z tworzyw sztucznych” - mówi. Recykling plastiku był czymś nowym.

Zastanawiał się, czy w procesie recyklingu można zastosować pirolizę. Piroliza to proces chemiczny polegający na spalaniu materiałów węglowych, takich jak drewno lub plastik, bez tlenu w celu usunięcia cząsteczek wodoru i tlenu z materiału, pozostawiając tylko węgiel. Jest to proces starożytny - Egipcjanie używali pirolizy do produkcji węgla drzewnego.

Doucet uważał, że jego zmodyfikowaną wersję można by wykorzystać do recyklingu plastiku.

- Bardzo szybko wpadliśmy na kuchenkę mikrofalową w laboratorium i zaczęliśmy bawić się mikrofalami - powiedział. 

Odkryli, że działały mikrofale o dużej mocy - ekscytujące odkrycie dla zespołu dbającego o środowisko.

Proces mikrofalowy Douceta wykorzystuje energię elektryczną zamiast ciepła, radykalnie zmniejszając ilość energii i emisji gazów cieplarnianych (GHG) potrzebnych do produkcji plastiku polistyrenowego. Według Pyrowave, produkcja polistyrenu z wykorzystaniem recyklingu pirolizy mikrofalowej jest o 40 procent bardziej energooszczędna niż produkcja oleju z pierwszego tłoczenia.

- Technologia Pyrowave może odgrywać rolę w zastępowaniu produkcji pierwotnych tworzyw sztucznych i materiałów, ale dopóki nie będziemy mieć bardziej przejrzystych i weryfikowalnych danych na temat wydajności, wpływu na środowisko i klimat, działamy w temacie ostrożnie - mówi Shanar Tabrizi, urzędnik ds. polityki w zakresie handlu tworzywami sztucznymi w Zero Waste Europe.

Te potencjalne skutki są szerokie, od energii potrzebnej do zbierania, sortowania i czyszczenia odpadów z tworzyw sztucznych przed procesem recyklingu, po zarządzanie toksycznymi pozostałościami wytwarzanymi przez dodatki do tworzyw sztucznych. Zauważyła również, że oceny cyklu życia mogą wprowadzać w błąd, w zależności od ich metodologii.

- Trudno jest ocenić twierdzenia (Pyrowave), czy w procesie mogą pojawić się znaczące zanieczyszczenia - mówi Richard Heinberg, starszy pracownik naukowy Post Carbon Institute - Ogólnie rzecz biorąc, wszystko, co możemy zrobić, aby poddać recyklingowi plastik w bardziej przyjazny dla środowiska sposób, pomaga, ale zmniejszenie skali produkcji i konsumpcji jest jeszcze lepsze.

- Maksymalizacja potencjału środowiskowego technologii wymaga całkowitej restrukturyzacji sposobu, w jaki produkujemy i utylizujemy tworzywa sztuczne - powiedział badacz z Quebecu - Konieczne będzie zbudowanie nowych obiektów wykorzystujących pirolizę mikrofalową do produkcji tworzyw sztucznych. Dopóki cena plastiku z oleju z pierwszego tłoczenia pozostaje niska, plastik pochodzący z recyklingu nie może konkurować. 

Doucet powiedział, że przejście na nowe produkty z tworzyw sztucznych będzie wymagało stworzenia nowych przepisów rządowych.

Porównał recykling pirolizy mikrofalowej i produkcję plastiku na bazie oleju pierwotnego z różnicą między pociągami parowymi i elektrycznymi. Ponieważ elektryczność stała się powszechna, inżynierowie pociągów szybko zdali sobie sprawę, że budowanie całych systemów kolejowych opartych na szybkich pociągach elektrycznych jest bardziej wydajne niż zastępowanie węgla elektrycznymi wężownicami grzewczymi w kotłach parowych. Nowa technologia spowodowała hurtową zmianę w działaniu systemów kolejowych.

-To okazja do całkowitego przemyślenia tematu - mówi Doucet.

Jak dotąd przemysł petrochemiczny oraz naftowo-gazowy nie wykazuje oznak spowolnienia.

Fabryki tworzyw sztucznych z ropy naftowej są od dziesięcioleci zintegrowane z infrastrukturą naftową i gazową, taką jak rafinerie i rurociągi - inwestycje, których przemysł nie chce porzucić. Sektor stawia na kontynuację produkcji tworzyw sztucznych, która utrzyma się na powierzchni, w miarę jak świat odchodzi od paliw kopalnych. 

Według raportu Carbon Tracker Initiative z września 2020 r. Firmy zajmujące się paliwami kopalnymi i petrochemicznymi wydają nawet 509 miliardów dolarów więcej na całym świecie, aby rozbudować swoje zakłady do 2024 roku.

- To niepokoi ekologów. Chociaż recykling - w tym recykling pirolizy mikrofalowej - może być częścią rozwiązania, nie można go wykorzystać do uzasadnienia obecnego poziomu produkcji i zużycia plastiku - powiedziała Laura Yates, w wiodącej kampanii na rzecz tworzyw sztucznych w Greenpeace Canada. 

Organizacja ta jest liderem w dążeniu do zaostrzenia przepisów rządowych w celu zmniejszenia ogólnej produkcji tworzyw sztucznych i wdrożenia rygorystycznych wymagań dotyczących recyklingu w Kanadzie.

W szczególności Yates jest zaniepokojona wysiłkami przemysłu zmierzającymi do przekształcenia odpadów plastikowych w paliwo samochodowe. Yates powiedziała, że będzie to nadal stymulować produkcję tworzyw sztucznych z ropy z pierwszego tłoczenia i nie zmniejszy ogólnej emisji gazów cieplarnianych.

Mimo to są przebłyski nadziei. Według Carbon Tracker Initiative, produkcja tworzyw sztucznych z oleju z pierwszego tłoczenia spadła o cztery procent w 2020 r. i oczekuje się, że trend ten utrzyma się w nadchodzących dziesięcioleciach. Ta zmiana jest napędzana przez bardziej rygorystyczne przepisy w Chinach i Europie nakazujące, aby produkty z tworzyw sztucznych były wytwarzane głównie z materiałów pochodzących z recyklingu. 

Doucet ma nadzieję, że jeśli nowe przepisy, nad którymi pracuje rząd, zostaną wdrożone, pomogą one recyklingowi plastiku - w tym recyklingowi pirolizy mikrofalowej - stać się komercyjnie opłacalnym w Kanadzie.

Doucet szczerze mówi o ograniczeniach swojej technologii. To tylko jedno narzędzie zakończenia kryzysu plastiku, a nie panaceum. Ograniczenie ilości zużywanego plastiku i zapewnienie wydajniejszego recyklingu tego, który zostanie wyprodukowany, pozostaje niezbędne.