Лишь 9% пластика в мире подвергается переработке. Из-за неправильного обращения с отходами почти три четверти его оказываются на свалках или в окружающей среде.
Как сделать переработку пластика более эффективной? В обзорной статье исследователи из Университета Буффало обобщают новейшие технологии и методы, основанные на подходах системной инженерии процессов. Они включают в себя использование химических растворителей, которые могут растворять определённые виды пластмасс, и автоматизированную сортировку пластика с помощью искусственного интеллекта.
Статья, опубликованная в журнале Industrial & Engineering Chemistry Research Американского химического общества, пришла к выводу, что переработка с использованием растворителей является одновременно устойчивым и экономичным вариантом. Однако замена пластмасс на основе ископаемого сырья на биопластики остаётся сложной задачей.
Автор исследования, доктор наук Аура дель Кармен Мунгиа-Лопес, доцент кафедры химической и биологической инженерии в Инженерно-технологической школе Университета Буффало, говорит: «Необходимы дополнительные исследования и разработка технологий для обеспечения устойчивого управления пластмассами. Мы должны учитывать не только преимущества, но и недостатки подходов на протяжении всего их жизненного цикла».
Соавторами статьи являются постдокторант Хате Санчес-Зарко и доктор философии Алан Овусу-Боатенг.
Неправильная утилизация пластика
Неправильная утилизация пластмасс может привести к накоплению пластиковых отходов как в окружающей среде — по оценкам, в океане их около 150 миллионов тонн, — так и в организме человека. Воздействие пластмасс связывают с раком, респираторными заболеваниями, проблемами с фертильностью и задержками в развитии.
Однако пластмассы также являются важной частью современной жизни, они используются в упаковке, электронике, строительстве и текстиле. У них есть и экологические преимущества: от сокращения пищевых отходов до повышения топливной эффективности транспортных средств.
«Устранение использования пластмасс в настоящее время нецелесообразно», — говорит Мунгиа-Лопес. «Нам нужны альтернативы нынешнему неустойчивому управлению пластмассами».
Одной из альтернатив может быть переработка с использованием растворителей, которая позволяет перерабатывать сложные материалы, которые не поддаются переработке традиционными методами. Растворители могут растворять полимеры высокой чистоты в потоке пластиковых отходов, тем самым удаляя их из нежелательных загрязнителей.
В статье освещается недавнее исследование, проведённое под руководством Университета Висконсин-Мэдисон, соавтором которого является Мунгиа-Лопес, которое показало, что переработка с использованием растворителей является наиболее экономичным вариантом для переработки сложной многослойной пластиковой плёнки, используемой в упаковке кофейных зёрен.
Хотя переработка с использованием растворителей имеет относительно низкие выбросы парниковых газов, вариации в процессе могут значительно увеличить выбросы. В различных исследованиях показано, что для преобразования растворённых полимеров из раствора следует использовать метод охлаждения, а не метод нагрева, который генерирует больше выбросов.
«В любом случае переработка с использованием растворителей производит больше выбросов, чем традиционная переработка, поэтому лучшим подходом, скорее всего, является сочетание обоих методов», — говорит Мунгиа-Лопес.
Статья также обобщает исследования о роли искусственного интеллекта и машинного обучения в управлении пластмассами. Одна модель сортировки, разработанная исследователями из Университета Висконсин-Мэдисон под названием PlasticNet, достигла точности классификации более 87%, а в некоторых случаях — 100% для определённых видов пластмасс. Другие команды использовали искусственный интеллект для более глубокого изучения технологий переработки, разрабатывая модели обработки естественного языка для извлечения соответствующих данных из литературы.
«Модели искусственного интеллекта также потребуются для удовлетворения потребностей на уровне цепочки поставок, таких как улучшение планирования перевозок, координация заинтересованных сторон и оценка различных сценариев политики», — говорит Мунгиа-Лопес.
Перспективы биопластиков, которые производятся из сельскохозяйственных культур, таких как сахарный тростник и кукуруза, и могут быть утилизированы путём компостирования, менее ясны. Хотя биопластики имеют более низкие выбросы, они также требуют много воды и земли и напрямую конкурируют с продуктами питания. Внедрение биопластиков потребует дополнительных мощностей по компостированию и оснащения населения способами отделения их от традиционных пластмасс.
«Мы не можем оценить биопластики, пока не рассмотрим влияние всего их жизненного цикла, от добычи сырья и производства до утилизации и сортировки», — говорит Мунгиа-Лопес. «Будущие работы в области управления пластмассами должны включать системный анализ для решения этой многоуровневой и многомерной проблемы».
Предоставлено Университетом Буффало.