Forskere på Aarhus Universitet har udviklet en ny og billig måde at nedbryde plastmaterialet polyuretan (PUR) til dets oprindelige bestanddele, som umiddelbart kan genanvendes til nye PUR-materialer – i stedet for at ende som affalds-deponi eller -forbrænding.
En beholder med 225°C varm alkohol tilsat lidt kaustisk kali kan være en forbløffende enkel løsning på en af de store udfordringer for den grønne omstilling: Hvordan genanvender vi de enorme mængder af polyuretan-affald, som produceres verden over?
At det kan gøres så enkelt, kom også bag på de forskere ved Aarhus Universitet, der har udviklet og patenteret metoden som en del af det danske RePURpose-konsortium. Resultatet er netop publiceret i tidsskriftet ACS Sustainable Chemistry and Engineering.
Uerstatteligt materiale er ikke bæredygtigt
Polyuretan (PUR) er en gruppe af avancerede plastmaterialer, som har mange forskellige egenskaber og endnu flere anvendelser. Man finder det bl.a. i madrasser, møbler, køleskabe, sko, legetøj, maling, fugemasse, isolering, biler, vindmøller og flyindustrien.
Desværre finder man det også i voldsomme mængder deponeret på lossepladser, for det er svært at genanvende PUR-affaldet. Det skyldes, at den kemiske struktur, som giver PUR dets styrke, betyder, at det ikke kan smelte. Man kan altså ikke bare støbe det om til nye produkter, som man kan med en række andre plastmaterialer.
Behovet for at genanvende PUR er både stort og påtrængende, for den nuværende udvikling er ikke bæredygtig: Det uerstattelige materiale er primært baseret på råolie, som vi på et tidspunkt løber tør for – samtidig med, at vi bruger mere og mere af det. Det globale marked for PUR var 24,7 millioner tons i 2021 og ventes at nå 29 mio. tons i 2029.
Simpel og billig løsning
Nu viser en simpel kemisk reaktion sig så at være en del af løsningen: ved at lade PUR koge i væsken efter ovenstående opskrift i godt et par timer bliver det nedbrudt (depolymeriseret) til materialets oprindelige bestanddele – såkaldte amin-prækursorer og polyoler – og vel at mærke i så ren form, at de kan konkurrere med de råstoffer, som fabrikkerne bruger til at producere PUR.
Reaktionen kræver en autoklave, altså en trykkoger, for at komme op på de 225°C, men hverken højt tryk eller dyre ingredienser. Alkoholen er et forholdsvist billigt opløsningsmiddel, tert- amylalkohol, og det stærkt basiske kaustisk kali koster heller ikke alverden.
Et eureka-øjeblik
Forskerne er selv overraskede over, at det kan gøres så simpelt.
De har som en del af konsortiet RePURpose arbejdet længe på grundideen, men med andre og dyrere kemikalier. I 2021 rapporterede konsortiet, at det var lykkedes at nedbryde PUR til de oprindelige bestanddele ved hjælp enten en iridium-baseret katalysator eller en mangan-baseret katalysator i kombination med brint. Nyheden skabte genlyd i plastbranchen.
-Iridium er imidlertid et sjældent og dyrt grundstof, og mangan er heller ikke helt billigt. Ideen om helt at undvære metal kom, da vi opdagede en baggrundsreaktion, som gav en ufuldstændig omdannelse til både amin- og polyol-fraktionen. Men ved at ændre på alkohol, temperatur og base, opnåede vi fuld depolymerisering. Det var virkelig en øjenåbner, for det gør processen meget billigere og mere skalerbar, fortæller Steffan Kvist Kristensen, som er adjunkt på Interdisciplinary Nanoscience Center (iNANO) på Aarhus Universitet.
Cirkulær økonomi for PUR
Forskerne håber, at den nye teknologi kan danne basis for en cirkulær økonomi omkring polyuretanindustrien, hvor PUR produceres, bruges, genvindes og genanvendes til nye PUR-materialer.
Som det er nu, bliver en del af PUR-affaldet ganske vist genanvendt, men ikke i en cirkulær økonomi.
En del bliver granuleret og brugt som fyldstof i bl.a. byggeriet. En lille del bliver kemisk nedbrudt for at udvinde polyoler, som er en af hovedkomponenterne i stoffet, men med de teknologier, som industrien mest benytter, er kvaliteten ikke på niveau med de oprindelige udgangsstoffer. En del bliver brændt af på kraftværker, hvilket ikke er klimavenligt, da PUR for langt det mestes vedkommende er baseret på fossile brændstoffer. Desuden udvikler en del PUR-materialer giftige stoffer som isocyanater, blåsyre og kulilte under forbrænding.
Men langt størstedelen bliver altså deponeret på lossepladser.
