Mange typer plast er vanskelige å gjenbruke fordi de inneholder sterke kjemiske bindinger. (Foto: Josep Curto / Shutterstock / NTB scanpix)
Mange typer plast er vanskelige å gjenbruke fordi de inneholder sterke kjemiske bindinger. (Foto: Josep Curto / Shutterstock / NTB scanpix)

Plastens hellige gral? Dette materialet kan brukes igjen og igjen.

Plastmolekylene kan skilles fra hverandre som legoklosser og settes sammen igjen til nytt materiale. Akkurat det vi trenger, sier professor. Men det er et problem.

Publisert

Plast, plast, plast: Et enestående materiale som holder matvarene dine friske og finnes i de fleste tingene du bruker i løpet av en dag.

Men plast er også forhatt. Det tar mye plass i søppelbøtta og forurenser hvis du kaster det i naturen.

Og selv om du gjør en innsats, sorterer og resirkulerer, er en del plastsøppel umulig å gjøre om til ny plast fordi det er satt sammen av en masse små og store molekyler med ulike egenskaper.

Molekylene – polymerer og monomerer – må skilles fra hverandre før de kan brukes til å lage ny plast.

– Folk har ikke forstått hvor komplisert det er. Tanken om sirkulær bruk er sympatisk, men det er store utfordringer, sier Kristoffer Almdal, som er professor i kjemi ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU)

– Når vi har et materiale som består av mange ulike polymerer, er det veldig vanskelig å gjenbruke, fortsetter han.

En ny type plast

Men nå er det lys i tunellen: Amerikanske forskere har utviklet en ny type plast som er satt sammen av molekyler som kan resirkuleres uten å at det går ut over kvaliteten. Ifølge forskerne kan materialet i prinsippet gjenbrukes i det uendelige.

Oppfinnelsen er nylig publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Nature Chemistry.

– De fleste typer plast er ikke laget til å bli gjenbrukt. Men vi har oppdaget en ny metode til å sette sammen plast som på et molekylært nivå tar hensyn til at det skal kunne gjenbrukes, sier hovedforfatteren Peter Christensen, postdoktor på Berkeley Laberatoriets Molecular Foundry ved University of California i en pressemelding.

Forskerne oppdaget at molekylene i et spesielt plastmateriale som kalles polydiketoenamin (PDK) lett kan skilles fra hverandre når materialet dyppes i en veldig sur kjemisk oppløsning.

I denne time lapse-videoen, som er laget av Peter Christensen og Berkeley Lab, kan du se hvordan det ser ut når PDK blir lagt i syre og brutt ned til monomerer:

Molekylene kan deretter settes sammen igjen og bli til nye PDK-materialer med andre farger, former og egenskaper, men med samme kvalitet.

Ingen garanti for at PDK kommer i bruk

Det høres fantastisk ut, og den engelske avisen The Independent skriver at oppfinnelsen kanskje er plastens hellige gral.

Men vi må ta det litt med ro: Det er langt fra sikkert at vi har løsningen på de utfordringene rundt det å gjenbruke plast, mener Kristoffer Almdal.

Men det er ingen garanti for at eksperimentene fører til produksjon av PDK-produkter i stor skala, mener han.

– Det er en lang tradisjon for å forske på polymermaterialer med reversible bindinger. De amerikanske forskerne viser at det faktisk er mulig, sier Almdal etter at han har lest den vitenskapelige artikkelen.

– Men jeg tror ikke den plasten vi bruker i dag, er erstattet av et materiale som PDK på ti eller tjue år, for det er lang vei fra å vise at noe er mulig i et laboratorium til at det kan settes i produksjon. Det må kunne gjøres til en fornuftig pris og uten at man bruker mer energi, fortsetter han.

Molekyler må designes for gjenbruk

De amerikanske forskernes eksperimenter er likevel et skritt i riktig retning, sier Almdal.

– Hvis vi skal løse de problemene med gjenbruk av plast, må det inn i systemet fra starten. Allerede når vi designer de molekylene, må vi tenke over hva som skal skje når produktet har blitt brukt, sier han.

Ulike polymerer gjør plast anvendelig

Plast består som sagt av polymerer. Det er store molekyler, også kalt makromolekyler, som er satt sammen av mindre molekyler, de såkalte monomerene.

Valget av molekyler bestemmer egenskapene til plasten – for eksempel om den blir myk eller hard.

– Når man lager en ketchupflaske, setter man sammen flere ulike typer polymerer for å gi flasken bestemte egenskaper, sier Kristoffer Almdal: Den skal kunne falle på gulvet uten å gå i stykker, og den skal hindre at vann og gasser trenger inn. For eksempel kan det ikke komme inn oksygen når flasken er lukket, for da blir ketchupen dårlig.

– For å gjøre flasken egnet til ketchup, legger man inn et barrierelag som forhindrer at oksygen kan trenge inn, forklarer Almdal.

Laget består av en polymer som er satt sammen av bestemte monomere som oksygen ikke kan trenge gjennom. Problemet er at det oksygenbeskyttende polymerlaget kan oppløses av vann.

– Derfor må man legge til et annet polymerlag som blokkerer vannet. Og for å holde de ulike lagene på plass, må man legge inn enda et lag, sier Almdal.

Polymerlag gjør flasken vanskelig å gjenbruke

Alle disse lagene gjør at det er vanskelig å drive resirkulering.

For da må ulike molekylene skilles fra hverandre igjen.

– Det er utrolig vanskelig, sier Almdal.

Noen molekyler kan vi i beste fall bevare og bruke igjen.

– Men en stor del vil gå til spille. Og de som kan gjenbrukes, vil ikke ha samme kvalitet som før, for noen av de lange kjedene i polymerene vil knekke, sier Almdal.

– Derfor er vi fortsatt veldig langt fra en sirkulær økonomi der vi kan gjenbruke plast i det uendelige, mener han.

Amerikanske forskere er på rett vei

De amerikanske forskerne har tatt et skritt i riktig retning.

Produktet kan kanskje brukes til tekstiler, 3D-printing og skum, meddeler forskerne.

Det er slik forskning vi trenger hvis verdens enorme produksjon av plast skal bli bærekraftig, mener Kristoffer Almdal:

– Vi må satse på å utvikle nye materialer fra grunnen, sier han.

Referanse:

P.R. Christensen mfl: «Closed-loop recycling of plastics enabled by dynamic covalent diketoenamine bonds», Nature Chemistry (2019) DOI: 10.1038/s41557-019-0249-2 Sammendrag

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.