Upravo to rade mehanokemijski kuglični mlinovi, a dr. sc. Vjekoslav Štrukil, dr. sc. Anamarija Briš i dr. sc. Davor Margetić iz Zavoda za organsku kemiju i biokemiju Instituta Ruđer Bošković u novoj publikaciji daju sveobuhvatan pregled tog područja, čiji je razvoj svojedobno pokrenulo upravo njihovo istraživanje. U svijetu koji godišnje proizvede više od 400 milijuna tona plastike, a reciklira tek oko devet posto, pitanje kako učinkovito razgraditi plastični otpad postaje sve hitnije.
Rad naziva „Mechanochemical ball milling as an emerging tool in chemical recycling and upcycling of waste polymers" objavljen je u časopisu Green Chemistry, jednom od vodećih svjetskih časopisa za održivu kemiju u izdanju Kraljevskog kemijskog društva (Royal Society of Chemistry), te je odabran za naslovnicu tog broja. Također je uključen u dva tematska broja: 2025 Green Chemistry Reviews i Make Polymers Sustainable, Why and How? u časopisu Polymer Chemistry. U radu autori sustavno obrađuju kako se kuglično mljevenje u kratkom vremenu razvilo u jednu od najučinkovitijih metoda za kemijsko recikliranje otpadne plastike, od prvih laboratorijskih uspjeha do danas.
Kuglice umjesto otapala i visokih temperatura
Princip mehanokemijskog kugličnog mljevenja je na prvi pogled jednostavan. U metalni ili keramički spremnik stave se čelične kuglice, usitnjeni polimer i odgovarajući reagens. Spremnik se zatim trese ili rotira velikom brzinom, a energija sudara cijepa kemijske veze u polimernim lancima. Reakcija se odvija u čvrstom stanju, pri sobnoj temperaturi i atmosferskom tlaku, bez potrebe za organskim otapalima.
Rezultat je razgradnja polimera na monomere, osnovne građevne jedinice od kojih je plastika izvorno nastala. Ti se monomeri mogu ponovno upotrijebiti za proizvodnju nove plastike iste kvalitete. Za razliku od uobičajenog mehaničkog recikliranja, koje plastiku samo usitnjava i pretapa u proizvod čija kvaliteta sa svakim ciklusom obrade opada, ovdje se materijal kemijski vraća na početak.
„Zagađenje otpadnom plastikom jedan je od ključnih globalnih izazova koji zahtijeva hitan odgovor i inovativna rješenja u skladu s načelima zelene održivosti i kružnog gospodarenja otpadom", kaže dr. sc. Štrukil. „Mehanokemija, sa svojim potencijalom da transformira postojeće kemijske procese u njihove 'zelene' varijante, omogućuje učinkovitu razgradnju otpadnih polimera uz visoka iskorištenja monomera kroz primjenu kugličnog mljevenja."
Što donosi novi pregledni rad?
U radu autori daju sustavan pregled svih dosadašnjih dostignuća u primjeni kugličnog mljevenja za kemijsko recikliranje otpadnih polimera. Pokriveni su polimeri kod kojih metoda već daje izvrsne rezultate, poput PET-a, polikarbonata i polilaktida, čija se razgradnja mljevenjem odvija s visokom učinkovitošću jer sadrže kemijske veze koje se relativno lako cijepaju mehaničkom silom. No rad pokriva i adicijske polimere poput polistirena, polietilena i polipropilena, kod kojih je razgradnja znatno zahtjevnija jer njihovu okosnicu čine isključivo ugljik-ugljik veze, mnogo otpornije na kidanje.
Poseban naglasak stavljen je na doprinos IRB-ove grupe. Naime, 2021. godine dr. sc. Štrukil je u časopisu ChemSusChem objavio prvu studiju potpune mehanokemijske depolimerizacije otpadnog poli(etilen-tereftalata) (PET) pri sobnoj temperaturi i atmosferskom tlaku, s iskorištenjima do 99 posto. Taj je rad, ocijenjen kao Very Important Paper (VIP), pokrenuo globalni trend istraživanja i primjene mehanokemije za razgradnju plastike.
„Naši rezultati su potaknuli daljnja istraživanja u grupama širom svijeta te značajno utjecali na razvoj cijelog područja mehanokemijske razgradnje otpadne plastike", objašnjava dr. sc. Štrukil. „U ovom preglednom radu dajemo sveobuhvatnu sliku onoga što je u međuvremenu postignuto, uključujući i pomak prema razgradnji poliolefina poput polietilena i polipropilena, koji čine najveći udio plastičnog otpada u svijetu."
Prema zatvaranju kruga
Trenutni sustav recikliranja plastike u svijetu nije ni blizu dovoljan. Većina postrojenja za mehaničko recikliranje ne može proizvesti materijal iste kvalitete kao izvorni, a kemijsko recikliranje klasičnim metodama zahtijeva visoke temperature, visoke tlakove i velike količine otapala. Mehanokemijsko kuglično mljevenje nudi alternativu koja operira pri blagim uvjetima i omogućuje potpunu razgradnju do monomera, čime se zatvara krug u smislu kružnog gospodarenja materijalima.
Izazovi poput uvećanja postupka na industrijskuo skalu i ekonomske isplativosti ostaju otvoreni. No brz napredak u području koje je svojedobno pokrenulo upravo istraživanje na IRB-u daje osnovu za optimizam da mehanokemijsko kuglično mljevenje može postati važan alat u budućnosti recikliranja plastike.
