A globális műanyagszennyezés egyik legnehezebben kezelhető szegmensét a többrétegű fóliák (MLP) jelentik, amelyek bár kiválóan védik az élelmiszereket, eddig gyakorlatilag újrahasznosíthatatlannak bizonyultak. A Nature Communications folyóiratban közzétett legfrissebb kutatás azonban áttörést hozott: a STRAP-eljárás segítségével a különböző polimer rétegek vegyileg szétválaszthatóak és szinte eredeti tisztaságukban nyerhetőek vissza. A tanulmány adatai szerint az új módszerrel a hulladék több mint 90 százaléka értékes alapanyaggá alakítható, ami alapjaiban változtathatja meg a csomagolóipar gazdaságtanát.
A modern élelmiszeripar és logisztika elképzelhetetlen többrétegű fóliák nélkül. Ezek a csomagolóanyagok – amelyeket többek között chipsek, kávék és készételek tárolására használnak – akár 11 különböző rétegből is állhatnak, amelyek mindegyike specifikus funkciót lát el (például oxigénzárás, nedvességvédelem vagy nyomtathatóság). A probléma forrása, hogy ezek a rétegek (jellemzően polietilén, polipropilén és polietilén-tereftalát) olyan szorosan tapadnak egymáshoz, hogy a hagyományos mechanikai újrahasznosítás során nem szétválaszthatóak, így az eredmény egy alacsony értékű, bizonytalan szerkezetű keverék lesz.
A technológiai áttörés: Mi az a STRAP?
A kutatócsoport által kifejlesztett STRAP (Solvent-Targeted Recovery and Precipitation) technológia szakít a hagyományos megközelítéssel. Az eljárás lényege egy sorozatnyi szelektív oldószer alkalmazása, amelyek a termodinamikai számításokon alapuló „oldhatósági paraméterek” szerint működnek.
-
Szelektív oldás: A folyamat során olyan oldószereket alkalmaznak, amelyek csak egy adott polimer réteget képesek folyékony állapotba hozni, miközben a többi réteg érintetlen marad.
-
Kivonás és szűrés: Az oldott polimert elválasztják a szilárd maradéktól.
-
Kicsapás: Egy úgynevezett antisolvent (ellenoldószer) hozzáadásával a polimert szilárd formában kicsapják az oldatból, így visszakapva a tiszta alapanyagot.
-
Oldószer-visszanyerés: A folyamat végén az oldószereket desztillációval választják szét és vezetik vissza a rendszerbe, minimalizálva a vegyi hulladékot.
A tanulmány hangsúlyozza, hogy a STRAP sikerének kulcsa a komplex termodinamikai modellezés, amely lehetővé tette az optimális oldószer-kombinációk azonosítását a leggyakoribb polimerekhez, mint a PE (polietilén), PP (polipropilén) és EVOH (etilén-vinil-alkohol).
Számszerűsíthető eredmények: Tisztaság és hatékonyság
A kutatás során közölt kvantitatív adatok rávilágítanak az eljárás ipari létjogosultságára. A laboratóriumi és félipari tesztek az alábbi eredményeket hozták:
-
Visszanyerési arány: A polimerek több mint 90%-át (egyes esetekben 99%-át) sikerült sikeresen kinyerni az eredeti többrétegű szerkezetből.
-
Tisztasági mutatók: A visszanyert gyanták tisztasága meghaladta a 99,5%-ot, ami azt jelenti, hogy minőségük megegyezik a szűz (elsőleges) műanyagéval, így ismét felhasználhatóak élelmiszeripari csomagolásokhoz.
-
Kapacitás és volumen: Globálisan évente közel 100 millió tonna többrétegű fóliát állítanak elő, amelynek jelenleg kevesebb mint 1%-át hasznosítják újra. A STRAP eljárás elméletileg ezen hulladékáram teljes egészét képes lenne kezelni.
A mérések igazolták, hogy a visszanyert polimerek mechanikai tulajdonságai (szakítószilárdság, olvadási index) nem romlottak számottevően az eredeti alapanyaghoz képest, ami a mechanikai újrahasznosítás legnagyobb korlátját küszöböli ki.
Környezeti és gazdasági hatástanulmány
A kutatók elvégezték a technológia életciklus-elemzését (LCA) is, összehasonlítva a STRAP-et az új műanyag gyártásával és az égetéssel (energetikai hasznosítással).
-
Energiafelhasználás: Bár az oldószer-visszanyerés (desztilláció) energiaigényes, az eljárás összköltsége és energiaigénye még mindig alacsonyabb, mint a kőolajból történő új polimer előállítása.
-
Szén-dioxid-lábnyom: A számítások szerint a STRAP alkalmazása 30-50%-kal kevesebb $CO_2$-kibocsátással jár, mintha a hulladékot elégetnék és helyette új műanyagot gyártanának.
-
Gazdasági életképesség: A tanulmány rámutat, hogy az eljárás gazdaságossága nagyban függ az oldószerek hatékony (99% feletti) visszanyerésétől. Amennyiben az ipari méretű üzemek képesek tartani a laboratóriumi desztillációs hatékonyságot, a visszanyert polimerek ára versenyképes lesz a piaci árakkal.
Következtetés és jövőkép
A Nature-ben megjelent tanulmány konklúziója szerint a többrétegű fóliák újrahasznosítása nem technológiai lehetetlenség, hanem szelektív kémiai folyamatok kérdése. A STRAP-technológia a jövőben lehetővé teszi a „zárt láncú” (closed-loop) gazdaság megvalósítását a rugalmas csomagolások szektorában is. A következő lépés a technológia felskálázása és a hulladékgyűjtési rendszerek hozzáigazítása az új típusú vegyi újrahasznosításhoz.
Hivatalos források és hivatkozások: 
-
Eredeti szakcikk (Nature Communications): Solvent-targeted recovery and precipitation (STRAP) of multilayer plastic films
-
Kapcsolódó állami kutatási portál (US Department of Energy): BOTTLE Consortium – Bio-Optimized Technologies to keep Thermoplastics out of Landfills and the Environment