پلی استایرن سیاه که به طور گسترده در ظروف غذا، درب قهوه و بسته‌بندی استفاده می‌شود، فرآیند بازیافت بسیار سختی دارد. رنگ تیره آن که با رنگدانه سیاه کربن به دست می‌آید، اسکنرهای نوری مورد استفاده در کارخانه‌های بازیافت را خنثی می‌کند و رنگدانه‌ها فرآیندهای بازیافت مرسوم را پیچیده می‌کند.

به نقل از آی‌ای، اکنون، دانشمندان دانشگاه‌های کرنل و پرینستون روشی پیشگامانه ایجاد کرده‌اند که از نور خورشید و خود کربن سیاه برای تبدیل این زباله‌های چالش برانگیز به مواد قابل استفاده مجدد استفاده می‌کند.

چالش با پلی‌استایرن سیاه

در حالی که ممنوعیت پلاستیک‌های یک بار مصرف در حال افزایش است، پلی استایرن سیاه همچنان رایج است. چالش‌های بازیافت آن از دو مسئله اصلی نشات می‌گیرد که شامل مشکلات دسته‌بندی و نابودی انرژی‌بر می‌شود.

اسکنرهای نوری که برای مرتب‌سازی پلاستیک در تاسیسات بازیافت ضروری هستند، نمی‌توانند پلی استایرن سیاه را تشخیص دهند، زیرا به جای بازتاب نور، نور را جذب می‌کند. این امر شناسایی و مرتب‌سازی خودکار این زباله‌ها را تقریبا غیرممکن می‌کند.

علاوه بر این، شکستن پیوندهای مولکولی پلی استایرن به طور سنتی مستلزم حرارت دادن آن تا بیش از ۵۷۲ درجه فارنهایت(۳۰۰ درجه سانتیگراد) در محفظه‌های بدون اکسیژن است. این فرآیند پرهزینه و ناکارآمد است و این زباله‌ها را برای بازیافت در مقیاس بزرگ نامناسب می‌کند.

یکی از جایگزین‌های امیدوارکننده، تبدیل فتوترمال یا نورگرمایی است که در آن از نور برای گرم کردن پلاستیک‌ها از طریق یک ترکیب کمکی استفاده می‌شود که نور را به گرمای موضعی تبدیل می‌کند. با این حال، گنجاندن این ترکیبات نگرانی‌هایی را در مورد ایجاد زباله اضافی یا تغییر خواص پلاستیک در طول استفاده اولیه ایجاد می‌کند.

رویکردی جدید با استفاده از کربن سیاه

به جای ترکیبات خارجی، محققان از کربن سیاه که در پلی استایرن سیاه وجود دارد، به عنوان عامل تبدیل گرما استفاده کردند. این رویکرد نیاز به افزودنی‌های اضافی را از بین برد و در عین حال از یک جزء که قبلا یک مانع در نظر گرفته می‌شد، استفاده شد.

محققان در آزمایش‌های خود، پلی استایرن سیاه ساخته شده در آزمایشگاه را به پودر ریز تبدیل کردند و آن را زیر نورهای ال‌ای‌دی(LED) سفید با شدت بالا قرار دادند. کربن سیاه نور را جذب کرد و گرمای موضعی ایجاد کرد که پلی استایرن را به مولکول‌های کوچک‌تری به نام استایرن شکست.

این استایرن‌ها، همراه با کربن سیاه باقی‌مانده، سپس به پلی استایرن جدید بازیافت شدند و فرآیند حلقه بسته‌ای به دست آمد.

هنگامی که این ماده با ضایعاتی مانند ظروف و درب مواد غذایی آزمایش شد، نتایج امیدوارکننده بود. تا ۵۳ درصد از مواد دوباره به استایرن تبدیل شد. با نور خورشید متمرکز، راندمان به ۸۰ درصد افزایش یافت. حتی ضایعات مخلوط شده با پلی استایرن سیاه، زرد، قرمز و شفاف با بازده ۶۷ درصد در نور خورشید بازیافت شدند.

گامی به سوی بازیافت پایدار پلاستیک

اتکای این روش به نور خورشید و مواد از پیش موجود، آن را مقرون به صرفه و پایدار می‌کند. نور متمرکز خورشید بالاترین کارایی را ارائه می‌دهد و این فرآیند را برای مناطقی که نور خورشید فراوان دارند، سازگار می‌کند.

حتی با وجود آلودگی ناشی از موادی مانند روغن کانولا یا آب پرتقال روی پلاستیک، این روش کمترین افت راندمان و استحکام خود را نشان داد.

با پرداختن به چالش‌های دسته‌بندی و انرژی‌بر بودن بازیافت پلی استایرن سیاه، این نوآوری گامی مهم در جهت کاهش زباله‌های دفن زباله است. علاوه بر این، می‌تواند راه را برای بازیافت پلاستیک‌های رنگی دیگر که پردازش سختی دارند، هموار کند و ما را به اقتصاد دایره‌ای برای استفاده از پلاستیک نزدیک‌تر کند.

همانطور که مقررات زیست محیطی در مورد پلاستیک‌های یک بار مصرف سخت‌تر می‌شود، راه حل‌هایی مانند این می‌تواند برای مدیریت زباله‌های پلاستیکی بسیار حائز اهمیت باشد.