Kleine Plastikteile aus dem Abfallstrom retten

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Da die Plastikverschmutzung weiter zunimmt und die Risiken für Ökosysteme und Tierwelt wachsen, beginnen Hersteller, ehrgeizige Verpflichtungen einzugehen, um zu verhindern, dass neue Kunststoffe in die Umwelt gelangen. Immer mehr Menschen haben den US Plastics Pact unterzeichnet, der sich verpflichtet, bis 2025 100 Prozent der Kunststoffverpackungen wiederverwendbar, recycelbar oder kompostierbar zu machen und 50 Prozent davon effektiv zu recyceln oder zu kompostieren.

Doch für Unternehmen, die große Mengen kleiner Einwegkunststoffe herstellen, stellen diese Gegenstände im Taschenformat ein großes Hindernis bei der Verwirklichung ihrer Recyclingziele dar.

„Denken Sie an Gegenstände wie Ihre Zahnbürste, Ihre Zahnpastatuben in Reisegröße, Ihre Shampooflaschen in Reisegröße“, sagt Alexis Hocken, Doktorandin im zweiten Jahr an der MIT-Abteilung für Chemieingenieurwesen. „Am Ende schlüpfen sie tatsächlich durch die Ritzen der aktuellen Recycling-Infrastruktur. Man wirft sie also vielleicht zu Hause in den Papierkorb, vielleicht schaffen sie es bis zur Sortieranlage, aber wenn es darum geht, sie tatsächlich zu sortieren, gelingt das nie.“ am Ende der Produktionslinie zu einem Ballen aus recyceltem Kunststoff verarbeiten.“

Jetzt arbeitet eine Gruppe von fünf Konsumgüterunternehmen mit dem MIT zusammen, um einen Sortierprozess zu entwickeln, der ihre kleinsten Kunststoffprodukte in der Recyclingkette halten kann. Die Unternehmen – Colgate-Palmolive, Procter & Gamble, die Estée Lauder Companies, L’Oreal und Haleon – stellen alle eine große Menge „kleinformatiger“ Kunststoffe her, also Produkte mit einer Länge von weniger als fünf Zentimetern in mindestens zwei Dimensionen. In einer Zusammenarbeit mit Brad Olsen, Alexander und I. Michael Kasser (1960) Professor für Chemieingenieurwesen; Desiree Plata, außerordentliche Professorin für Bau- und Umweltingenieurwesen; die MIT Environmental Solutions Initiative; und der gemeinnützigen Organisation „The Sustainability Consortium“ suchen diese Unternehmen nach einem Prototyp einer Sortiertechnologie, die sie für groß angelegte Tests und kommerzielle Entwicklung in Recyclinganlagen bringen können.

Hocken setzt sich in Olsens Labor mit der Komplexität der beteiligten Recyclingsysteme auseinander. Von Materialrückgewinnungsanlagen (MRFs) wird erwartet, dass sie Produkte in beliebiger Form, Größe und Material verarbeiten und sie in einen reinen Strom aus Glas, Metall, Papier oder Kunststoff sortieren. Hockens erster Schritt bei der Umsetzung des Recyclingprojekts bestand darin, mit Olsen und Plata eine dieser MRFs in Portland, Maine, zu besichtigen.

„Wir konnten buchstäblich sehen, wie Plastik einfach von den Förderbändern fiel“, sagt sie. „Als ich diese Tour verließ, dachte ich, meine Güte! Es gibt so viele Verbesserungen, die gemacht werden können. Wir können so viel Einfluss auf diese Branche haben.“

Von der Gestaltung von Kunststoffen bis zur Handhabung

Hocken wusste schon immer, dass sie im Ingenieurwesen arbeiten wollte. Aufgewachsen in Scottsdale, Arizona, konnte sie Zeit am Arbeitsplatz mit ihrem Vater verbringen, einem Elektroingenieur, der biomedizinische Geräte entwickelt. „Ihn als Ingenieur arbeiten zu sehen und zu sehen, wie er diese wirklich wichtigen Probleme löst, hat definitiv mein Interesse geweckt“, sagt sie. „Als es an der Zeit war, mein Grundstudium zu beginnen, fiel mir die Entscheidung, Ingenieurwissenschaften zu wählen, wirklich leicht, nachdem ich den Berufsalltag meines Vaters gesehen hatte.“

An der Arizona State University entschied sie sich für Chemieingenieurwesen und begann mit Polymeren zu arbeiten. Dabei entwickelte sie Kombinationen von Additiven für den 3D-Kunststoffdruck, die dabei helfen könnten, das Verhalten der Endprodukte zu verfeinern. Doch auch wenn sie jeden Tag mit Kunststoffen arbeitet, dachte sie kaum über die Auswirkungen ihrer Arbeit auf die Umwelt nach.

„Und dann, im Frühjahr meines letzten Jahres an der ASU, nahm ich an einem Kurs über Polymere im Hinblick auf Nachhaltigkeit teil, und das öffnete mir wirklich die Augen“, erinnert sich Hocken. Der Kurs wurde von Professor Timothy Long, Direktor des Biodesign Center for Sustainable Macromolecular Materials and Manufacturing und bekannter Experte auf dem Gebiet nachhaltiger Kunststoffe, geleitet. „Diese erste Sitzung, in der er alle wirklich beängstigenden Fakten rund um die Kunststoffkrise darlegte, hat mich sehr motiviert, mich eingehender mit diesem Bereich zu befassen.“

Am MIT suchte Hocken im nächsten Jahr Olsen als ihren Berater auf und legte von Anfang an den Schwerpunkt auf die Nachhaltigkeit von Kunststoffen.

„Mit meiner Ankunft am MIT habe ich mich zum ersten Mal seit mehr als drei Monaten außerhalb des Bundesstaates Arizona aufgehalten“, sagt sie. „Es hat wirklich Spaß gemacht. Ich liebe es, in Cambridge und im Raum Boston zu leben. Ich liebe meine Laborkollegen. Alle unterstützen mich so sehr, sei es, um mir Ratschläge zu einer Wissenschaft zu geben, die ich herausfinden möchte, oder um mich einfach nur aufzumuntern.“ rede, wenn ich mich etwas entmutigt fühle.

Eine Herausforderung beim Recycling

Ein Großteil der Kunststoffforschung widmet sich heute der Entwicklung neuer Materialien – darunter biologisch abbaubare Materialien, die von natürlichen Ökosystemen leichter aufgenommen werden können, und hochgradig recycelbare Materialien, die ihre Eigenschaften nach dem Einschmelzen und Umformen besser behalten.

Aber Hocken sieht auch einen großen Bedarf an besseren Möglichkeiten, mit den Kunststoffen umzugehen, die wir bereits herstellen. „Obwohl biologisch abbaubare und nachhaltige Polymere einen sehr wichtigen Weg darstellen und meiner Meinung nach auf jeden Fall weiter verfolgt werden sollten, sind wir noch weit davon entfernt, dass dies bei allen Kunststoffverpackungen zur Realität wird“, sagt sie. Solange große Mengen an herkömmlichem Plastik die Fabriken verlassen, brauchen wir innovative Wege, um zu verhindern, dass es sich auf dem Berg der Plastikverschmutzung anhäuft. In einem ihrer Projekte versucht Hocken, neue Verwendungsmöglichkeiten für recycelten Kunststoff zu finden, die dessen verlorene Festigkeit nutzen, um ein nützliches, flexibles Material ähnlich Gummi herzustellen.

Auch das kleinformatige Recyclingprojekt fällt in diese Kategorie. Die das Projekt unterstützenden Unternehmen haben das MIT-Team herausgefordert, mit ihren Produkten genau so zu arbeiten, wie sie derzeit hergestellt werden – insbesondere, weil ihre Konkurrenten ähnliche Verpackungsmaterialien verwenden, die auch von jeder vom MIT-Team entwickelten Lösung abgedeckt werden müssen.

Die Herausforderung ist groß. Zum Auftakt des Projekts schickten die teilnehmenden Unternehmen dem MIT-Team eine breite Palette kleinformatiger Produkte, die den Sortierprozess durchlaufen müssen. Dazu gehören Behälter für Lippenbalsam, Deodorant, Pillen und Shampoo sowie Einwegutensilien wie Zahnbürsten und Zahnseidenstäbchen. „Eine Einschränkung oder ein Problem, das ich vorhersehe, ist die Variabilität der Formen“, sagt Hocken. „Ein Zahnseidenpickel und eine Zahnbürste haben sehr unterschiedliche Formen.“

Sie bestehen auch nicht alle aus dem gleichen Kunststoff. Viele bestehen aus Polyethylenterephthalat (PET, Typ 1 im Recycling-Label-System) oder hochdichtem Polyethylen (HDPE, Typ 2), doch nahezu alle der sieben Recycling-Kategorien sind unter den Beispielprodukten vertreten. Die Lösung des Teams muss sie alle bewältigen.

Ein weiteres Hindernis besteht darin, dass der Sortierprozess in einem großen MRF bereits sehr komplex ist und hohe Investitionen in die Ausrüstung erfordert. Der Abfallstrom durchläuft typischerweise ein „Glasbrechersieb“, das Glas zersplittert und die Scherben auffängt; eine Reihe rotierender Gummisterne, um zweidimensionale Objekte herauszuziehen und Papier und Pappe zu sammeln; ein System aus Magneten und Wirbelströmen, um verschiedene Metalle anzuziehen oder abzustoßen; und schließlich eine Reihe optischer Sortierer, die mithilfe von Infrarotspektroskopie die verschiedenen Kunststoffarten identifizieren und sie dann mit Luftstrahlen durch verschiedene Rutschen blasen. MRFs werden nicht daran interessiert sein, zusätzliche Sortierer einzuführen, es sei denn, diese sind kostengünstig und lassen sich leicht in diesen komplexen Strom integrieren.

„Wir sind daran interessiert, etwas zu schaffen, das in die aktuelle Technologie und Infrastruktur nachgerüstet werden kann“, sagt Hocken.

Gemeinsame Lösungen

„Recycling ist ein wirklich gutes Beispiel dafür, wo vorwettbewerbliche Zusammenarbeit erforderlich ist“, sagt Jennifer Park, Collective Action Manager beim Sustainability Consortium (TSC), die mit Unternehmensinteressengruppen an der Recyclingfähigkeit von Kleinformaten gearbeitet und dabei geholfen hat, die Sponsoren dafür zusammenzubringen projektieren und organisieren ihre Beiträge. „Unternehmen, die diese Produkte herstellen, sind sich darüber im Klaren, dass sie nicht allein ganze Systeme umstellen können. Die einzige Möglichkeit, Verwirrung zu vermeiden und die Auswirkungen in großem Maßstab voranzutreiben, ist die Konstanz darüber, was recycelbar ist und was nicht.“

„Darüber hinaus ist es interessant, dass Hersteller von Konsumgütern diese Forschung am MIT sponsern, die sich auf Innovationen auf MRF-Ebene konzentriert. Sie investieren in Innovationen, von denen sie hoffen, dass sie von der Recyclingindustrie übernommen werden, um Fortschritte bei ihren eigenen Nachhaltigkeitszielen zu erzielen.“ ."

Hocken glaubt, dass es sich trotz der Herausforderungen durchaus lohnt, eine Technologie zu verfolgen, die verhindern kann, dass kleinformatige Kunststoffe durch die Finger von MRFs rutschen.

„Das sind Produkte, die besser recycelbar wären, wenn sie einfacher zu sortieren wären“, sagt sie. „Der einzige Unterschied ist die Größe. Sie können also sowohl Ihre große Shampooflasche als auch die kleine in Reisegröße zu Hause recyceln, aber die kleine Flasche schafft es am Ende nicht garantiert in einen Plastikballen. Wenn wir Wenn eine Lösung gefunden werden kann, die speziell auf diejenigen abzielt, die sich noch in der Sortierlinie befinden, ist es wahrscheinlicher, dass sie am Ende der Linie in den Plastikballen landen, die an Kunststoff-Recycler verkauft werden können, die sie dann verwenden können dieses Material in neuen Produkten.

„TSC ist wirklich begeistert von diesem Projekt und unserer Zusammenarbeit mit dem MIT“, fügt Park hinzu. „Unsere Projektbeteiligten sind sehr engagiert daran, eine Lösung zu finden.“

Um mehr über dieses Projekt zu erfahren, wenden Sie sich an Christopher Noble, Leiter für Unternehmensengagement bei der MIT Environmental Solutions Initiative.

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