Att förvandla avfall till rikedom är kanske inte längre bara en marknadsföringsslogan, eftersom ett forskarteam i Kina har hittat ett miljövänligt sätt att göra just det.
Det rikliga solljuset som vår planet får utnyttjades för att omvandla polystyrenavfall – en av världens största plastförorenare – till användbara kemikalier som kan bidra till att driva halvledarindustrin framåt. Genom att tillsätta elementärt svavel (S₈) omvandlade de plastavfallet till två användbara molekyler: 2,4-difenyltiofen och 1,3,5-trifenylbensen. Den första kan omvandlas till material som används inom optoelektronik och högpresterande halvledare, medan den andra har en unik, styv plan struktur som gör den till en utmärkt byggsten för att skapa avancerade funktionella material.
Som beskrivs i Journal of the American Chemical Society löser denna strategi flera hållbarhetsfrågor på en gång. Den producerar värdefulla produkter från svåråtervunnet plastavfall från konsumenter med hjälp av elementärt svavel, som produceras i överskott på miljontals ton som en biprodukt vid rening av råolja och andra industriella processer. Dessutom kan hela omvandlingen genomföras inom två minuter under lösningsmedelsfria omgivningsförhållanden och drivas enbart av solenergi.
Samverkande solstrålar driver reaktionen
Polystyren finns överallt, från plastförpackningar för livsmedel till bildelar, och används överallt tack vare sin hållbarhet och låga kostnad. Över 20 miljoner ton av denna plast produceras varje år, varav endast 1 % återvinns framgångsrikt och majoriteten av resten hamnar på soptippen.
Att bryta ner polystyren till nedbrytbara organiska komponenter eller något användbart har varit ett omfattande forskningsområde under ganska lång tid, men materialets kemiskt inerta natur fungerar som ett tveeggat svärd, eftersom det gör materialet motståndskraftigt mot kemisk slitage under användning, men det gör också kemiska reaktioner för dess omvandling ganska svåra.
Nuvarande metoder för omvandling av PS är antingen energikrävande eftersom de kräver höga temperaturer och dyra reagenser, eller så ger de inte tillräckligt utbyte.
I denna studie utnyttjade forskarna tillgången på elementärt svavel – som ofta lagras i årtionden i utomhuslager – och dess unika elektroniska egenskaper. Svavel spelar en dubbel roll i processen och fungerar både som en kemisk reaktant och som ett fototermiskt medel som absorberar solljus och omvandlar det till den värme som behövs för att driva de kemiska reaktionerna.
Teamet tog polystyrenavfall, såsom använda plastskedar, yoghurtförpackningar eller förpackningsskum, och blandade det med elementärt svavel. Blandningen placerades sedan under en konkav spegel som fokuserade solljuset för att värma upp den. I närvaro av svavel steg temperaturen till cirka 300 °C, vilket gjorde att reaktionen kunde fortskrida snabbt.
På bara två minuter och utan behov av lösningsmedel förvandlades blandningen till en rödaktig-svart vätska, som sedan bearbetades för att isolera de högvärdiga kemikalierna 2,4-difenyltiofen och 1,3,5-trifenylbensen med en utbyte på 34 % respektive 16 %.
Forskarna genomförde även laboratorietester och datorsimuleringar, som visade att reaktiva svavelradikaler sätter igång reaktionsprocessen genom att dra ut väteatomer från polystyren.
Studien fastställer elementärt svavels förmåga att driva strategier för polymeråtervinning med hjälp av ren energi. Att skala upp denna process skulle kunna erbjuda ett praktiskt sätt att hantera den växande globala utmaningen med obehandlat plastavfall.
Publiceringsuppgifter
Yong Liu et al, Solar-Driven Upcycling of Polystyrene Enabled by Elemental Sulfur, Journal of the American Chemical Society (2026). DOI: 10.1021/jacs.6c01318
