全球每年產生數億噸塑膠垃圾。為此，科學家們正在努力開發創新方法，將這些廢棄物中的很大一部分回收利用，製成高品質的產品，以創造真正的循環經濟。化學回收法透過將塑膠分解成高品質的產品，為傳統的塑膠回收提供了一種可持續的替代方法。研究人員利用一個新的數學公式對這個過程進行了最佳化。

然而，目前的回收做法並未實現這一目標。大多數塑膠垃圾都是機械回收：先切碎，再熔化。雖然這個過程可以產生新的塑膠產品，但每經過一個回收步驟，其品質就會下降。

化學回收是一種可避免品質損失的替代方法。這種方法是將長鏈塑膠分子（聚合物）分解成基本的構成塊（單體），然後重新組裝成新的、高品質的塑料，形成真正的可持續循環。

隨著化學回收方法的發展，最初的重點是將這些長聚合物鏈分解成可用作液體燃料或潤滑劑的短鏈分子。這樣，塑膠廢料就可以作為汽油、噴射燃料或引擎油獲得第二次生命。蘇黎世聯邦理工學院的科學家們現已為開發這項流程奠定了重要基礎。這使全球科學界能夠進行更有針對性和更有效的回收開發工作。

大多數飲料瓶蓋由聚丙烯製成。它們與聚乙烯一起佔塑膠垃圾總量的60%。圖片來源：Shibashish Jaydev / 蘇黎世聯邦理工學院

催化工程學教授Javier Pérez-Ramírez 領導的研究團隊的研究人員研究如何用氫氣分解聚乙烯和聚丙烯。第一步也是在鋼罐中熔化塑膠。然後將氣態氫引入熔融塑膠中。

其中一個關鍵步驟是加入含有釕等金屬的粉末催化劑。透過精心挑選合適的催化劑，研究人員可以提高化學反應的效率，促進形成具有特定鍊長的分子，同時最大限度地減少甲烷或丙烷等副產品。

“熔融塑膠比蜂蜜濃稠一千倍。”Pérez-Ramírez 研究小組的科學家Antonio José Martín 解釋說：”關鍵在於如何在罐中攪拌，以確保催化劑粉末和氫氣充分混合。透過實驗和電腦模擬，研究小組證明，使用葉片與軸平行的葉輪攪拌塑膠效果最佳。速度既不能太慢，也不能太快；理想的攪拌速度是接近每分鐘1000 轉。

研究人員成功地開發出一個數學公式，用於描述整個化學回收過程及其所有參數。 Pérez-Ramírez說：”每個化學工程師都希望自己的製程能有這樣一個公式。研究領域的所有科學家現在都可以精確計算攪拌器的幾何形狀和速度的影響。”

有了這個公式，今後的實驗就可以集中在直接比較不同的催化劑，並控制混合的影響。此外，這裡開發的原理對於將技術從實驗室推廣到大型回收工廠至關重要。但目前的重點仍是研究更好的塑膠化學回收催化劑。

編譯自/ ScitechDaily