Nowe podejście do recyklingu: rozkład poliuretanów za pomocą enzymów

Niemieckie Centrum Tworzyw Sztucznych SKZ współpracuje z Uniwersytetem RWTH Aachen w ramach badań nad nową ścieżką recyklingu kompozytów poliuretanowych wzmacnianych włóknem szklanym. Metoda wykorzystuje specjalne enzymy do selektywnego rozkładu poliuretanowych duroplastów, co pozwala odzyskać surowce stosowane w produkcji kompozytów. Celem projektu jest umożliwienie łagodnego recyklingu kompozytów poliuretanowych bez użycia agresywnych chemikaliów.

Kompozyty wzmacniane włóknami są stosowane w turbinach wiatrowych, w przemyśle lotniczym oraz w konstrukcjach lekkich w motoryzacji. Połączenie wysokiej trwałości i dobrych właściwości mechanicznych z niską masą sprawia, że ta klasa materiałów jest niezbędna w wielu branżach. Jednocześnie wysoka trwałość osnowy duroplastycznej oraz silne połączenie osnowy z włóknami bardzo utrudniają recykling. Z tego powodu większość kompozytów jest obecnie spalana lub składowana.

Enzymy jako selektywne narzędzie rozkładu polimerów

Aby poprawić zrównoważony charakter kompozytów, SKZ i Uniwersytet RWTH Aachen badają metodę recyklingu opartą na enzymach. Enzymy są powszechne w przyrodzie, gdzie z wysoką wydajnością katalizują określone reakcje. Mechanizm ten można wykorzystać również technologicznie do selektywnego rozkładu polimerów w ściśle określonych miejscach, bez niszczenia całej struktury cząsteczkowej. W ten sposób polimery można łagodnie rozłożyć na elementy składowe, które posłużą do wytwarzania nowych polimerów. Poliuretany dobrze nadają się do tej metody, ponieważ ich grupy uretanowe, od których pochodzi ich nazwa, wykazują duży potencjał rozszczepiania enzymatycznego.

Odzysk surowców o tej samej jakości

Celem projektu badawczego „EnzyReput” jest opracowanie procesu enzymatycznego rozkładu poliuretanowych duroplastów wzmacnianych włóknem szklanym w taki sposób, aby surowce, czyli włókna szklane i żywicę poliuretanową, można było odzyskać przy zachowaniu stałej jakości. Ma to umożliwić wytworzenie nowego kompozytu o porównywalnych właściwościach mechanicznych. W tym celu zostaną opracowane i przetestowane enzymy dostosowane do rozszczepiania grup uretanowych. Projekt łączy doświadczenie Katedry Biotechnologii Uniwersytetu RWTH Aachen w opracowywaniu enzymów do rozszczepiania polimerów z kompetencjami SKZ w zakresie opracowywania żywic i badań materiałowych.

„Recykling kompozytów wciąż jest na wczesnym etapie rozwoju. Jesteśmy przekonani, że ta metoda może stanowić zupełnie nowy rodzaj recyklingu” – wyjaśnia Dominik Uhl, naukowiec w dziale materiałów usieciowanych w SKZ. „W przeciwieństwie do metod recyklingu chemicznego enzymy pozwalają nam pracować w niskich temperaturach, dzięki czemu proces jest bardzo energooszczędny. Jednocześnie do rozkładu polimerów nie potrzebujemy agresywnych chemikaliów, co oznacza, że chronimy także osnowę, włókna i środowisko”.

Enzymy mają posłużyć do odzysku pierwotnych surowców, żywicy i włókien szklanych, z kompozytów poliuretanowych. (Zdjęcie: Luca Hoffmanbeck, SKZ)

Wydobycie włókien szklanych z osnowy

Szczególną uwagę poświęcono wydobyciu włókien szklanych, mocno zakotwiczonych w kompozycie, z osnowy bez ich mechanicznego lub chemicznego uszkodzenia, tak aby można je było ponownie wykorzystać przy zachowaniu stałej jakości. Dlatego projekt koncentruje się początkowo na krótkich i długich włóknach szklanych. W przeciwieństwie do włókien ciągłych pozwalają one na rozdrobnienie elementów kompozytowych na granulat bez poważnego uszkodzenia włókien, co daje szereg korzyści w recyklingu.

Projekt „EnzyReput” ma na celu dalsze zbadanie potencjału enzymów w recyklingu polimerów oraz stworzenie podstaw recyklingu kompozytów. Celem jest ograniczenie problemu odpadów związanego z kompozytami oraz zmniejszenie zapotrzebowania na zasobochłonne materiały pierwotne.

Projekt badawczy „EnzyReput” (numer grantu RU 2607/4-1) jest finansowany przez Niemiecką Wspólnotę Badawczą (DFG).