Un modo inaspettato di riciclare: i rifiuti di plastica si trasformano in sapone

Jul 13, 2023

Guoliang "Greg" Liu del Dipartimento di Chimica ha scoperto un nuovo metodo per riciclare la plastica, dai cartoni del latte, ai contenitori per alimenti e ai sacchetti di plastica, trasformandola in sapone. Il metodo: riscaldare le lunghe catene di carbonio nella plastica e poi raffreddarle rapidamente.

10 agosto 2023

Un team guidato da ricercatori della Virginia Tech ha sviluppato un nuovo metodo per riciclare la plastica in sostanze chimiche di alto valore note come tensioattivi, che vengono utilizzati per creare sapone, detersivo e altro ancora.

La plastica e i saponi tendono ad avere poco in comune per quanto riguarda la consistenza, l’aspetto e, soprattutto, il modo in cui vengono utilizzati. Ma esiste una sorprendente connessione tra i due a livello molecolare: la struttura chimica del polietilene – una delle materie plastiche più comunemente usate al mondo oggi – è sorprendentemente simile a quella di un acido grasso, che viene utilizzato come precursore chimico per sapone. Entrambi i materiali sono costituiti da lunghe catene di carbonio, ma gli acidi grassi hanno un ulteriore gruppo di atomi all'estremità della catena.

Guoliang “Greg” Liu, professore associato di chimica al Virginia Tech College of Science, aveva da tempo ritenuto che questa somiglianza implicasse che dovrebbe essere possibile convertire il polietilene in acidi grassi – e con alcuni passaggi aggiuntivi al processo – per produrre sapone. La sfida era come spezzare una lunga catena di polietilene in tante catene corte – ma non troppo corte – e come farlo in modo efficiente. Liu credeva che esistesse il potenziale per un nuovo metodo di upcycling in grado di trasformare i rifiuti di plastica di basso valore in un bene utile e di alto valore.

Dopo aver considerato la questione per un po', Liu ebbe un'ispirazione mentre si godeva una sera d'inverno davanti al caminetto. Osservò il fumo salire dal fuoco e pensò a come il fumo fosse composto da minuscole particelle prodotte durante la combustione del legno. Anche se la plastica non dovrebbe mai essere bruciata in un caminetto per ragioni di sicurezza e di ambiente, Liu ha iniziato a chiedersi cosa accadrebbe se il polietilene potesse essere bruciato in un ambiente di laboratorio sicuro. La combustione incompleta del polietilene produrrebbe “fumo” proprio come fa la combustione del legno? Se qualcuno catturasse quel fumo, di cosa sarebbe fatto?

“La legna da ardere è composta principalmente da polimeri come la cellulosa. La combustione della legna da ardere rompe questi polimeri in catene corte e poi in piccole molecole gassose prima della completa ossidazione in anidride carbonica”, ha affermato Liu, titolare della Blackwood Junior Faculty Fellowship of Life Sciences presso il Dipartimento di Chimica. “Se scomponiamo in modo simile le molecole di polietilene sintetico ma interrompiamo il processo prima che si riducano completamente in piccole molecole gassose, allora dovremmo ottenere molecole simili al polietilene a catena corta”.

Con l'aiuto di Zhen Xu ed Eric Munyaneza, due dottorandi. Studenti di chimica nel laboratorio di Liu, Liu costruì un piccolo reattore simile a un forno dove potevano riscaldare il polietilene in un processo chiamato termolisi a gradiente di temperatura. Nella parte inferiore, il forno ha una temperatura sufficientemente elevata da rompere le catene polimeriche e, nella parte superiore, il forno viene raffreddato a una temperatura sufficientemente bassa da impedire qualsiasi ulteriore rottura. Dopo la termolisi, hanno raccolto il residuo – simile alla pulizia della fuliggine da un camino – e hanno scoperto che l'intuizione di Liu era giusta: era composto da “polietilene a catena corta” o, più precisamente, cere.

Questo è stato il primo passo nello sviluppo di un metodo per riciclare la plastica e trasformarla in sapone, ha affermato Liu. Dopo aver aggiunto qualche ulteriore passaggio, inclusa la saponificazione, il team ha realizzato il primo sapone al mondo in plastica. Per continuare il processo, il team si è avvalso dell’aiuto di esperti in modellazione computazionale, analisi economica e altro ancora.

Alcuni di questi esperti sono stati presentati al team attraverso i collegamenti con il Macromolecules Innovation Institute del Virginia Tech. Insieme, il gruppo ha documentato e perfezionato il processo di upcycling finché non è stato pronto per essere condiviso con la comunità scientifica. Il lavoro è stato pubblicato oggi sulla popolare rivista Science.

“La nostra ricerca dimostra un nuovo percorso per il riciclo della plastica senza l’utilizzo di nuovi catalizzatori o procedure complesse. In questo lavoro, abbiamo dimostrato il potenziale di una strategia tandem per il riciclaggio della plastica”, ha affermato Xu, autore principale dello studio. “Ciò aiuterà le persone a sviluppare in futuro progetti più creativi di procedure di upcycling”.