塑膠廢棄物與潔淨能源是全球兩大永續挑戰，如今研究人員提出一項可望同時解決兩項問題的新技術。刊登於《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS）的最新研究指出，研究團隊開發出名為「鹼性熱處理（Alkaline Thermal Treatment，ATT）」的新製程，可直接將混合塑膠廢棄物轉換成高純度氫氣，不僅能耗低於傳統技術，也幾乎不直接排放二氧化碳，為塑膠回收與氫能製造提供新方向。
塑膠廢棄物與潔淨能源是全球兩大永續挑戰，如今研究人員提出一項可望同時解決兩項問題的新技術。刊登於《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences，PNAS）的最新研究指出，研究團隊開發出名為「鹼性熱處理（Alkaline Thermal Treatment，ATT）」的新製程，可直接將混合塑膠廢棄物轉換成高純度氫氣，不僅能耗低於傳統技術，也幾乎不直接排放二氧化碳，為塑膠回收與氫能製造提供新方向。
塑膠廢棄物與潔淨能源是全球兩大永續挑戰，如今研究人員提出一項可望同時解決兩項問題的新技術。（圖／AI生成）全球塑膠回收率仍不到一成
研究指出，由於塑膠種類繁多，加上常混雜食物殘渣、標籤、膠水、染料及多層包材，分類與清洗成本高昂，因此全球真正被回收利用的塑膠比例始終偏低。
共同作者、韓國梨花女子大學（Ewha Womans University）化工與材料工程教授Woo Jae Kim表示，許多塑膠垃圾混雜污染物，清理成本甚至高於重新生產新塑膠，因此導致回收率始終難以提升。
研究引用統計指出，2022年全球塑膠回收率僅約9%，約40%的塑膠最終進入掩埋場，另有34%遭焚化處理。
另一方面，全球塑膠使用量仍持續增加，預估將從2020年的4.64億公噸，增加至2050年的8.84億公噸。
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氫能需求增加 但製造成本仍高
研究團隊指出，氫氣被視為重要潔淨能源，燃燒後不會直接排放二氧化碳，因此被視為未來能源轉型的重要選項。
不過，自然界幾乎沒有可直接開採的純氫，因此目前仍須透過各種製程生產。
目前較常見的方法包括熱裂解（Pyrolysis）及氣化（Gasification）。
熱裂解須在無氧環境下高溫分解塑膠，但通常只能處理特定種類塑膠，因此必須事先完成分類。
氣化技術則可直接處理混合塑膠，但需要更高溫、高壓環境，能源消耗大，也伴隨較高碳排放。
ATT降低能耗 幾乎不排放二氧化碳
為改善上述限制，研究團隊將原本應用於海藻等生質材料製氫的ATT技術，進一步調整應用於塑膠回收。
新方法透過氫氧化鈉（NaOH）與塑膠混合加熱，在鹼性環境下即可促使塑膠分解，因此所需溫度遠低於傳統氣化技術。
研究人員成功將最常見的三種塑膠──聚對苯二甲酸乙二酯（PET）、聚乙烯（PE）及聚丙烯（PP）──轉換為高純度氫氣。
其中，由於PE與PP化學性質較穩定，研究團隊先利用低溫加熱與氧化進行預處理，再進行ATT反應，使三種塑膠皆能有效分解。
實驗結果顯示，每公克PET、PE及PP分別可產生43.7、51.9及30.2毫莫耳氫氣，產氫效率已接近目前主流的熱裂解及氣化技術。
更重要的是，研究團隊分析後發現，整個反應過程幾乎沒有直接產生二氧化碳排放。
成果僅實驗室驗證 距離商業化仍有一段路
不過，研究人員也強調，目前仍屬實驗室驗證階段，距離實際商業化仍需進一步研究。
耶魯大學（Yale University）化工與環境工程教授Julie Zimmerman指出，這項研究提出一條具有潛力的新化學反應路徑，但目前仍僅證明技術可行性，尚未證明具備大規模量產與商業經濟效益。
她表示，目前實驗仍停留在毫克等級，且仍需要塑膠預氧化處理、大量使用氫氧化鈉，以及較高反應溫度，因此未來仍須進一步優化。
研究團隊也表示，下一步將評估整體生命週期碳排放（Life Cycle Assessment），建立氫氧化鈉循環回收機制，並測試含有食物殘渣、水分及各類添加物的真實塑膠垃圾是否同樣適用。
研究人員認為，雖然仍有許多挑戰待克服，但ATT技術已展現混合塑膠轉換為潔淨氫能的新可能，未來若能成功商業化，將有望同時改善塑膠污染與低碳能源供應兩項全球課題。
來源：Gizmodo
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