Forskere forvandler plastikskrald til effektiv CO2-fanger

Mens CO₂-koncentrationerne i atmosfæren fortsat stiger, trods årelange politiske målsætninger om at begrænse udledningerne, flyder verdenshavene over med plastikskrald, som udgør en trussel mod havmiljøer og økosystemer.

De store globale problemer er ofte forbundne, og ofte medfører løsningen af ét problem, at man skaber et nyt, mens sandet haster gennem timeglasset. Men hvad hvis man kunne løse flere af problemerne på én gang?

Det lyder næsten for godt til at være sandt, men en ny banebrydende opfindelse lover at gøre netop det. Forskere ved Københavns Universitet har udviklet en teknik, hvor den enes affald bliver den andens ”guld,” fordi nedbrudt PET-plastik bliver hovedingrediensen i effektiv og bæredygtig CO₂-fangst.

Vi kender materialet fra sodavandsflasker, tekstiler og meget andet: PET-plastik er en af de mest anvendte plastiktyper i verden, men når det er udtjent, så udgør materialet dog et omfattende globalt miljøproblem. Det skyldes, at det i store dele af verden havner på lossepladser, hvor det udvikler sig til forurenende mikroplast, der spreder sig i luften, i jorden og i grundvandet. Store mængder ender desuden med at hobe sig op i verdenshavene.

”Det smukke ved denne metode er, at vi faktisk løser et problem uden at skabe et nyt. Ved at omdanne affald til et råmateriale, der aktivt kan reducere drivhusgasser, gør vi et miljøproblem til en del af løsningen på klimakrisen," siger Margarita Poderyte fra Kemisk Institut ved Københavns Universitet, som hovedforfatter til forskningsartiklen, der løfter sløret for opfindelsen.

Løsningen er altså et potentielt win-win i global skala, hvor plastikaffald ikke alene undgår at ende i naturen, men altså i stedet bliver en aktiv spiller i klimaforebyggelse.

Med den nye kemiske teknik er forskerne i stand til at forvandle udtjent PET-plastikskrald, der ikke anvendes som genbrugsplast, til den primære ressource i en ny form for CO₂-fangst, de har udviklet. I processen ”upcycles” plastikken til et nyt materiale, som forskerne har givet navnet BAETA, der er i stand til at suge CO2 ud af atmosfæren så effektivt, at det let kan måle sig med eksisterende carbon capture-teknologier.

Bæredygtigt, fleksibelt og skalerbart

BAETA-materialet har en pulverstruktur som kan komprimeres til piller, og en kemisk ”opgraderet” overflade, som gør det i stand til meget effektivt at binde og kemisk fastholde CO₂. Når materialet er mættet, kan det siden frigives gennem en varmeproces, så CO₂’en kan koncentreres, opsamles og lagres - eller omdannes til en bæredygtig ressource. I praksis regner forskerne med at teknologien i første omgang monteres på industrielle anlæg, så udstødningen fra skorstene passerer igennem BAETA-enheder, der kan rense den for CO₂.

Forskningen er nu udkommet i tidsskriftet Science Advances, og her beskriver forskerne en kemisk proces bag opfindelsen, som er skånsom sammenlignet med eksisterende teknologier og samtidigt velegnet til industriel opskalering.

”Hovedingrediensen er affald, der ellers ville få et ubæredygtigt efterliv, så er også selve syntesen vi bruger, hvor den kemiske transformation finder sted, mere skånsom end ved andre materialer til CO₂-fangst, fordi vi kan lave syntesen ved stuetemperatur. Det har desuden den fordel, at teknologien lettere kan skaleres op,” forklarer Margarita Poderyte.

Hun bakkes op af medforfatter og lektor ved Kemisk Institut, Jiwoong Lee, der også fremhæver materialets fleksibilitet.

”En af de virkelig imponerende ting ved det her materiale er, at det bevarer sin effektivitet i lang tid. Samtidig er det fleksibelt. Det fungerer effektivt fra almindelig stuetemperatur og op til 150 grader Celsius, hvilket gør det meget brugbart. Tolerancen for de høje temperaturer gør det blandt andet muligt at bruge materialet for enden af industrielle anlæg, hvor udstødningen typisk er varm,” siger Jiwoong Lee.

Fra laboratoriet til innovation forenden af skorstenene

Med en potentielt revolutionerende idé, en gennemtestet metode, og et effektivt færdigt produkt er forskerne nu klar til det næste skridt.

"Vi ser et stort potentiale for dette her materiale, ikke kun i laboratoriet, men i virkelige, industrielle CO₂-fangstanlæg. De næste store skridt er opskalering til at producere materialet i tons, og så arbejder vi allerede nu på at tiltrække investeringer og gøre vores opfindelse til en forretning, der også er økonomisk bæredygtig," siger Margarita Poderyte.

De tekniske udfordringer er forskerne ikke bekymrede for. I stedet bliver den afgørende udfordring, ifølge dem, at få beslutningstagere til at investere i den grad, der er nødvendig. Gør de det, så kan opfindelsen ende med at skabe store forandringer.

Et hav af billig plastik

Meget PET-plastik samler sig i vores oceaner, hvor det skader økosystemer og nedbrydes til mikroplast, af hvilket konsekvenserne endnu ikke er kendt. Den plastik egner sig rigtig godt til teknikken.

”Hvis vi kan få fingre i den stærkt nedbrudte PET-plastik, som flyder rundt i verdenshavene, så vil den være en det være en værdifuld ressource for os, da den egner sig godt til upcycling med vores teknik,” siger Margarita Poderyte.

Forskerne håber, at deres opfindelse kan være med til at ændre grundlæggende ved den måde, vi ser på klima- og miljøproblemer som adskilte problemstillinger.

”Det er ikke enkeltstående problemer, vi taler om her, og det vil løsningerne heller ikke være. Vores materiale kan skabe et helt konkret økonomisk incitament til at rydde plastik op fra havene,” siger Jiwoong Lee.

*

 

Fakta: Sådan foregår CO₂-fangsten

Målt i vægt udgør over 60% af PET-plast kulstof, og materialet har en grundlæggende fysisk og kemisk egenskab til at fastholde den struktur.

Den evne øger forskerne ved at omdanne plastikken med tilsætning af kemikaliet ethylendiamin, som er kendt for sin evne til at binde CO₂.

Processen nedbryder plastikken fra polymer til monomer, og giver materialet en kemisk sammensætning, der er meget effektiv til at trække CO₂ ud af luften og binde den fast.

Materialet kalder de BAETA.

I industrielle anlæg er det planen at udstødningen sendes gennem BAETA-enheder, som renser det for CO_2. Når BAETA-materialet er mættet falder effektiviteten, men den CO₂ kan gennem en varmeproces frigives fra materialet, der efterfølgende genvinder sin effektivitet.

Det frigivne CO₂ kan herefter lagres i undergrunden eller bruges som råstof i Power2X-anlæg til at lave f.eks. brændstof.

Mere info: Ikke i konflikt med genbrug.

Undervejs i udviklingen har forskerne mødt en bekymring om, at deres teknologi kunne underminere indsatsen med at genbruge plastik, som der er lagt mange kræfter i. Det er heldigvis ikke tilfældet understreger de.

”I princippet kunne vi godt anvende ny plastik til vores metode, men målet er at anvende PET-plast, der er vanskelig at genbruge på grund af lav kvalitet, farvning eller blandede kilder – eller plast, der er nedbrudt i en sådan grad, at det ikke egner sig til genanvendelse mere. Så der vil snarere være tale om et samarbejde end konkurrence med eksisterende indsatser for at genbruge plastik,” siger Margarita Poderyte.

Om studiet:

Dette projekt er støttet af Novo Nordisk Fondens CO₂-forskningscenter i samarbejde med Niels Christian Nielsens forskningsgruppe ved Aarhus Universitet.

Følgende forskere har medvirket til forskningsartiklen:

Margarita Poderyte
Ji-Woong Lee
Arianna Lanza
Rodrigo Lima

Dennis Wilkens Juhl
Kathrine L. Olesen
Niels Chr. Nielsen