มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเบอร์ลินพัฒนากระบวนการเร่งปฏิกิริยาใหม่ สามารถรีไซเคิลขยะซิลิโคนได้ถึง 99%

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเบอร์ลิน (Technische Universität Berlin) ได้พัฒนากระบวนการเร่งปฏิกิริยาใหม่ที่สามารถทำลายขยะซิลิโคนได้อย่างสมบูรณ์ วัตถุที่พบได้ทั่วไป เช่น ช้อนซิลิโคนในชามผสม, แหวนป้องกันการรั่วในแก้วเดินทาง และจุกนมที่ทำให้เด็กสงบ มีข้อเสียที่ซ่อนอยู่: มันเป็นวัสดุที่ไม่สามารถย่อยสลายได้ ซิลิโคนสามารถต้านทานความร้อน น้ำ และการย่อยสลายทางเคมี ดังนั้นการทิ้งขยะเหล่านี้มักหมายถึงการส่งไปยังหลุมฝังกลบหรือเตาเผา จนถึงปัจจุบัน การรีไซเคิลแบบปิดวงจรในทางเคมียังคงเป็นภารกิจที่ท้าทาย

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเบอร์ลินกล่าวว่า หลังจากการวิจัยหลายปี พวกเขาได้ค้นพบเส้นทางข้างหน้า ภายใต้การนำของศาสตราจารย์มาร์ติน โอเอสเทอไรช์ (Martin Oestreich) ทีมวิจัยได้พัฒนากระบวนการเร่งปฏิกิริยาที่สามารถทำลายซิลิโคนโพลิเมอร์กลับไปสู่ส่วนประกอบที่มีมูลค่าสูงเดิม: ไดเมทิลไดคลอโรซิลาน การวิจัยได้อธิบายกลยุทธ์ในการบรรลุอัตราการรีไซเคิลสูงถึง 99% จากวัตถุทั่วไป เช่น ถาดมัฟฟินและขวดนมเด็ก โอเอสเทอไรช์กล่าวว่า "ความสำเร็จของเราพิสูจน์ให้เห็นว่าการวิจัยพื้นฐานสามารถให้ผลตอบแทนในแอปพลิเคชันเฉพาะที่ไม่เคยคิดถึงมาก่อน"

ความสำเร็จของกระบวนการเร่งปฏิกิริยาใหม่

เราได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับไอออนซิลิกอนมาเป็นเวลา 15 ปี และในช่วง 5 ปีที่ผ่านมาเราจึงได้ตระหนักว่าการรีไซเคิลซิลิโคนเป็นแอปพลิเคชันที่สำคัญของการวิจัยนี้"

การแก้ปัญหาซิลิโคนเป็นการค้นพบที่ง่ายซึ่งแก้ไขปัญหาทางเคมีที่ยุ่งยาก เพื่อผลิตซิลิโคนใหม่จากศูนย์ ผู้ผลิตจำเป็นต้องสกัดซิลิกอนจากทรายควอตซ์ในเตาอาร์คที่อุณหภูมิสูงมาก นี่เป็นงานที่ใหญ่และใช้พลังงานมาก เมื่อซิลิกอนถูกสร้างขึ้นแล้ว พันธะซิลิกอน-ออกซิเจนจะเหมือนกับกาวโมเลกุลที่แข็งแกร่ง การทำลายมันต้องใช้พลังงานมหาศาลหรือความแม่นยำในการเร่งปฏิกิริยาที่ไม่เคยมีมาก่อน ทีมของโอเอสเทอไรช์ใช้เวลา 15 ปีในการศึกษาซิลิกอนไอออน (ไอออนซิลิกอนที่มีประจุบวก) จนตระหนักถึงคุณค่าที่มีศักยภาพในด้านการจัดการขยะ ตามเอกสารวิจัย ได้มีการพัฒนากลยุทธ์การทำให้เป็นโมเลกุลใหม่ที่เริ่มต้นด้วยซิลิกอนไอออน เพื่อให้สามารถรีไซเคิลซิลิโคน (ซิลิโคนออกซาน) ได้อย่างยั่งยืน

เมื่อจับคู่กับไตรคลอโรฟอสฟีน (triphosgene) ซึ่งเป็นสารเคมีที่สามารถจัดการได้ ซิลิกอนไอออนจะกำจัดคลอรีนหนึ่งตัวและสร้างสารที่เรียกว่า คลอโรคาร์บอนไอออน (COCl+) ซึ่งเป็นสารที่มีปฏิกิริยาสูง โมเลกุลนี้จะตัดสายซิลิกอน-ออกซิเจน ในขณะที่พันธะถูกทำลาย ออกซิเจนจะหลุดออกไปในรูปของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) อย่างสะอาด ป้องกันไม่ให้ปฏิกิริยากลับคืน กระบวนการทั้งหมดเกิดขึ้นในสภาวะที่อุณหภูมิ 80°C ซึ่งต้องการพลังงานน้อยมากเมื่อเปรียบเทียบกับการผลิตวัตถุดิบ

แนวโน้มตลาดของขยะซิลิโคน

วิกฤตขยะซิลิโคนกำลังทวีความรุนแรงขึ้น การทดสอบถาดมัฟฟินและฝาปิดแสดงให้เห็นถึงแนวโน้มที่ดี ในสภาวะที่อุณหภูมิ 80°C (176°F) กระบวนการที่ใช้พลังงานต่ำนี้สามารถรีไซเคิลได้สูงถึง 99% ของไดเมทิลไดคลอโรซิลานจากวัตถุชิ้นเดียวภายใน 24 ชั่วโมง แม้กระทั่งเมื่อใช้กับขยะซิลิโคนที่ผสมกัน วิธีการนี้ยังคงรักษาอัตราการรีไซเคิลที่ 86% ตลาดผลิตภัณฑ์ซิลิโคนกำลังเติบโตอย่างต่อเนื่อง คาดว่าขนาดตลาดจะอยู่ที่ประมาณ 19.55 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2025 และคาดว่าจะถึง 37.7 พันล้านดอลลาร์สหรัฐหรือมากกว่านั้นในปี 2035

วิธีการรีไซเคลดทั่วไปจะใช้การประมวลผลทางกลหรือการย่อยสลายทางเคมีเป็นซิลิโคนออกไซด์ขนาดเล็ก แม้ว่าสารประกอบที่รีไซเคิลเหล่านี้สามารถสร้างผลิตภัณฑ์ซิลิโคนใหม่ แต่คุณภาพของวัสดุที่ผลิตมักจะต่ำกว่าวัสดุซิลิโคนดั้งเดิม กระบวนการใหม่ที่มีรายละเอียดทำให้การรีไซเคิลขยะซิลิโคนเป็นไปได้ โดยการเปลี่ยนวัสดุพลาสติกที่ไม่สามารถรีไซเคิลได้ให้เป็นส่วนประกอบทางอุตสาหกรรมที่มีประโยชน์ นักวิจัยได้ยื่นขอรับสิทธิบัตรและมุ่งเน้นไปที่การขยายการค้า และขณะนี้กำลังมองหาทางเลือกที่ไม่เป็นพิษสำหรับคลอโรคาร์บอน และออกแบบขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์เพื่อลบสารปนเปื้อนในปริมาณน้อย

ผลการวิจัยได้รับการเผยแพร่เมื่อวันที่ 28 ตุลาคมในวารสาร Nature

ผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นต่อสิ่งแวดล้อมจากกระบวนการเร่งปฏิกิริยาใหม่

ปัญหาการรีไซเคิลขยะซิลิโคนเป็นความท้าทายในด้านสิ่งแวดล้อม เนื่องจากวิธีการแบบดั้งเดิมมีประสิทธิภาพต่ำและใช้พลังงานสูง กระบวนการเร่งปฏิกิริยาใหม่ของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเบอร์ลินไม่เพียงแต่สามารถรีไซเคิลซิลิโคนได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ยังดำเนินการในสภาวะการใช้พลังงานต่ำ ซึ่งมีความสำคัญต่อการลดภาระต่อสิ่งแวดล้อม ด้วยการเติบโตของตลาดผลิตภัณฑ์ซิลิโคน ศักยภาพในการพาณิชย์ของเทคโนโลยีนี้จะช่วยส่งเสริมการพัฒนาอย่างยั่งยืนและนำเสนอวิธีแก้ปัญหาใหม่สำหรับการจัดการขยะ