Ученые разработали полимер, который позже можно переработать в мармелад
Сообщение о разработке новой композитной смолы для изготовления огромных лопастей ветровых турбин, которые впоследствии могут быть переработаны в новые лопасти турбин или множество других продуктов, включая столешницы, задние фонари автомобилей, подгузники и даже мармеладные мишки, сделал сотрудник Мичиганского государственного университета к. т. н. Джон Дорган 23 августа на осеннем собрании Американского химического общества (ACS), сообщает сайт новостей науки EurekAlert.
Исследование американских ученых было представлено в докладе «Композитные смолы для экономики замкнутого цикла: от ветряных турбин до мармеладных мишек и не только». В сообщении была представлена экономически жизнеспособная, полностью пригодная для повторного использования композитная смола, состоящая из полилактида (PLA) на биологической основе, растворенного в метилметакрилате (MMA).
Джон Дорган пояснил, что лопасти, которые сейчас изготавливаются из стекловолокна, могут достигать в длину половины футбольного поля. И хотя отдельные компании нашли способы переработки стекловолокна в более дешевые материалы, большинство исчерпавших свой ресурс лопастей идут на свалку.
Поскольку энергия ветра становится всё более популярной формой производства возобновляемой энергии, то проблема с утилизацией лопастей ветряных турбин будет только усугубляться.
«Большие лопасти ветряных турбин более эффективны, поэтому компании продолжают производить всё более и более крупные лопасти, — говорит Дорган. — Часто ветряные электростанции заменяют лопасти турбины до истечения срока службы, потому что установки могут вырабатывать больше электроэнергии с помощью лопастей большего размера».
Дорган с коллегами создали новый синтетический материал для турбины, объединив стекловолокно с полимером растительного происхождения. Панели из этой термопластичной смолы оказались достаточно прочными и долговечными, чтобы их можно было использовать в турбинах или автомобилях.
Теперь, когда исследователи продемонстрировали, что смола обладает подходящими физическими свойствами для ветряных турбин, они надеются изготовить несколько лопастей среднего размера для полевых испытаний.
Чтобы разработать метод для утилизации отработавший свой срок лопастей из нового материала, исследователи растворили панели в свежем мономере и физически удалили стекловолокно. Это позволило им переработать материал в новые продукты того же типа. При этом панели из переработанного материала имели те же физические свойства, что и их предшественники.
Полученная вторичная смола, отмечают разработчики, может быть использована для множества различных применений. Так, смешав ее с различными минералами, команда создала искусственный камень, который можно использовать для изготовления предметов домашнего обихода, таких как столешницы и раковины.
«Мы сделали раковину для ванной комнаты из искусственного камня, так что мы знаем, что это работает», — отметил Дорган. Другой вариант использования — измельчить восстановленный материал и смешать его с другими пластиковыми смолами для литья под давлением. В этом случае такой материал можно применить для изготовления, например, корпусов ноутбуков или электроинструментов.
Материал может быть переработан даже в более ценные продукты, сообщают исследователи. Обработка термопластичной смолы в горячем щелочном растворе высвобождает полиметилметакрилат (ПММА) — акриловый материал, который широко используется для производства окон, задних фонарей автомобилей и многих других изделий.
Повышение температуры обработки щелочью превращает ПММА в полиметакриловую кислоту — сверхабсорбирующий полимер, который используется в подгузниках.
Щелочное вываривание также дает лактат калия, который, очистив, можно превратить в конфеты и спортивные напитки. «Мы извлекли пищевой лактат калия и использовали его для изготовления мармеладных мишек, которые я съел», — рассказал Дорган.
На вопрос, есть ли «фактор гадости», связанный с употреблением в пищу конфет, которые когда-то были частью ветряной турбины, Дорган отвечает так: «Атом углерода, полученный из растения, такого как кукуруза или трава, ничем не отличается от атома углерода, полученного из ископаемого топлива. Всё это является частью глобального углеродного цикла, и мы показали, что можем перейти от природной биомассы к прочным пластиковым материалам и обратно к продуктам питания».
«Прелесть нашей полимерной системы в том, — подчеркнул Дорган, — что в конце цикла ее использования мы можем растворить ее, и это высвобождает полимер из любой матрицы, в котором он находится, так что его можно использовать снова и снова в бесконечном цикле. Это и есть цель экономики замкнутого цикла».
Отметим, ACS Fall 2022 — это гибридная встреча Американского химического общества, которая проводится как виртуально, так и лично с 21 по 25 августа, На встрече будет представлено около 11 000 презентаций по широкому кругу научных тем.
