麻省理工學(xué)院:從廢物流中拯救小塑料
博士生亞歷克西斯霍肯正在與制造商合作，以防止他們的產(chǎn)品（從字面上）從回收過程中的裂縫中掉落。
隨著塑料污染繼續(xù)加劇，生態(tài)系統(tǒng)和野生動物面臨的風(fēng)險越來越大，制造商開始做出雄心勃勃的承諾，將新塑料排除在環(huán)境之外。越來越多的人簽署了《美國塑料公約》，該公約承諾到 2025 年使 的塑料包裝可重復(fù)使用、可回收或可堆肥，并實現(xiàn) 50% 的塑料包裝得到有效回收或堆肥。
但對于生產(chǎn)大量小型一次性塑料制品的公司而言，這些口袋大小的物品是實現(xiàn)其回收目標(biāo)的主要障礙。
“想想你的牙刷、旅行裝牙膏管、旅行裝洗發(fā)水瓶等物品，”麻省理工學(xué)院化學(xué)工程系二年級博士生亞歷克西斯霍肯說。“他們終實際上從當(dāng)前回收基礎(chǔ)設(shè)施的裂縫中溜走。所以你可能會把它們放在家里的回收箱里，它們可能會一直送到分類設(shè)施，但當(dāng)真正對它們進(jìn)行分類時，它們永遠(yuǎn)不會在生產(chǎn)線的變成回收塑料包”
現(xiàn)在，由五家消費品公司組成的小組正在與麻省理工學(xué)院合作開發(fā)一種分類流程，可以將他們小的塑料產(chǎn)品留在回收鏈中。這些公司——Colgate-Palmolive、Procter & Gamble、Estée Lauder Companies、L'Oreal 和 Haleon——都生產(chǎn)大量的“小型”塑料，或至少在兩個維度上長度小于兩英寸的產(chǎn)品。與 Brad Olsen 合作，Alexander and I. Michael Kasser（1960 年）化學(xué)工程教授；Desiree Plata，土木與環(huán)境工程副教授；麻省理工學(xué)院環(huán)境解決方案倡議；和非營利組織The Sustainability Consortium，這些公司正在尋求一種原型分類技術(shù)，以將其帶到回收設(shè)施中進(jìn)行大規(guī)模測試和商業(yè)開發(fā)。
在 Olsen 的實驗室工作，Hocken 開始著手處理所涉及的回收系統(tǒng)的復(fù)雜性。材料回收設(shè)施 (MRF) 有望處理任何形狀、尺寸和材料的產(chǎn)品，并將它們分類為純玻璃、金屬、紙張或塑料流。Hocken 開展回收項目的步是與 Olsen 和 Plata 一起參觀緬因州波特蘭的其中一個 MRF。
“我們真的可以看到塑料從傳送帶上掉下來，”她說。“離開那次巡演，我想，我的天哪！有很多可以改進(jìn)的地方。我們可以對這個行業(yè)產(chǎn)生如此大的影響?！?/span>
從設(shè)計塑料到管理塑料
霍肯一直都知道她想從事工程工作。在亞利桑那州的斯科茨代爾長大，她能夠在工作場所與父親一起工作，父親是一名設(shè)計生物醫(yī)學(xué)設(shè)備的電氣工程師。“看到他作為一名工程師工作，以及他如何解決這些真正重要的問題，這無疑激發(fā)了我的興趣，”她說。“到了開始我的本科學(xué)位的時候，在看到我父親在他的職業(yè)生涯中所做的每之后，選擇工程學(xué)是一個非常容易的決定?！?/span>
在亞利桑那州立大學(xué)，她決定主修化學(xué)工程，并開始研究聚合物，想出了用于 3D 塑料打印的添加劑組合，可以幫助微調(diào)終產(chǎn)品的性能。但即使每天與塑料打交道，她也很少考慮她的工作對環(huán)境的影響。
“然后在我在亞利桑那州立大學(xué)的一年春天，我從可持續(xù)性的角度上了一門關(guān)于聚合物的課程，這真的讓我大開眼界，”霍肯回憶道。該課程由可持續(xù)高分子材料與制造生物設(shè)計中心主任、可持續(xù)塑料領(lǐng)域知名專家Timothy Long教授授課。“節(jié)課，他列出了圍繞塑料危機(jī)的所有真正可怕的事實，這讓我非常有動力去更多地研究這個領(lǐng)域。”
第二年在麻省理工學(xué)院，霍肯找到奧爾森作為她的顧問，并從一開始就將塑料的可持續(xù)性作為她的重點。
“來到麻省理工學(xué)院是我次在亞利桑那州以外的地方冒險超過三個月，”她說。“真的很有趣。我喜歡住在劍橋和波士頓地區(qū)。我愛我的實驗室伙伴。每個人都非常支持，無論是就我正在努力弄清楚的一些科學(xué)問題給我建議，還是在我感到有點沮喪時給我一些鼓舞人心的談話?！?/span>
回收的挑戰(zhàn)
今天的許多塑料研究都致力于創(chuàng)造新材料——包括更容易被自然生態(tài)系統(tǒng)吸收的可生物降解材料，以及在熔化和重鑄后能更好地保持其性能的高度可回收材料。
但 Hocken 也看到了對更好的方法來處理我們已經(jīng)生產(chǎn)的塑料的巨大需求。“雖然可生物降解和可持續(xù)的聚合物代表了一條非常重要的途徑，而且我認(rèn)為它們當(dāng)然應(yīng)該得到進(jìn)一步的探索，但我們距離在所有塑料包裝中普遍實現(xiàn)這一點還有很長的路要走，”她說。只要大量傳統(tǒng)塑料從工廠出來，我們就需要創(chuàng)新的方法來阻止它堆積成塑料污染山。在她的一個項目中，Hocken 正試圖為回收塑料想出新用途，利用其失去的強(qiáng)度來生產(chǎn)一種類似于橡膠的有用、靈活的材料。
小型回收項目也屬于這一類。支持該項目的公司向麻省理工學(xué)院團(tuán)隊提出挑戰(zhàn)，要求他們使用與當(dāng)前制造的產(chǎn)品完全相同的產(chǎn)品——特別是因為他們的競爭對手使用類似的包裝材料，麻省理工學(xué)院團(tuán)隊設(shè)計的任何解決方案也需要涵蓋這些材料。
挑戰(zhàn)是巨大的。為了啟動該項目，參與公司向麻省理工學(xué)院團(tuán)隊發(fā)送了一系列需要通過分類過程的小型產(chǎn)品。其中包括潤唇膏、除臭劑、藥丸和洗發(fā)水的容器，以及牙刷和牙線棒等一次性工具。“我預(yù)見到的限制或問題是形狀的可變性，”霍肯說。“牙線棒和牙刷的形狀截然不同?！?/span>
它們也不都是由同一種塑料制成的。許多由聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET，回收標(biāo)簽系統(tǒng)中的類型 1）或高密度聚乙烯（HDPE，類型 2）制成，但幾乎所有七種回收類別都出現(xiàn)在樣本產(chǎn)品中。該團(tuán)隊的解決方案將必須處理所有這些問題。
另一個障礙是，大型 MRF 的分揀過程已經(jīng)非常復(fù)雜，需要大量設(shè)備投資。廢物流通常通過一個“玻璃破碎篩網(wǎng)”，粉碎玻璃并收集碎片；一系列旋轉(zhuǎn)的橡膠星拉出二維物體，收集紙張和紙板；吸引或排斥不同金屬的磁鐵和渦流系統(tǒng)；，一系列光學(xué)分揀機(jī)使用紅外光譜識別各種類型的塑料，然后用氣流將它們吹下不同的滑槽。MRF 不會對采用額外的分揀機(jī)感興趣，除非它們價格低廉且易于適應(yīng)這個精心設(shè)計的流程。
“我們有興趣創(chuàng)造一些可以改裝到當(dāng)前技術(shù)和當(dāng)前基礎(chǔ)設(shè)施中的東西，”霍肯說。
共享解決方案
“回收是需要競爭前合作的一個很好的例子，”可持續(xù)發(fā)展聯(lián)盟 (TSC) 的集體行動經(jīng)理 Jennifer Park 說，她一直在與企業(yè)利益相關(guān)者就小型可回收性進(jìn)行合作，并幫助召集了這項活動的發(fā)起人項目和組織他們的貢獻(xiàn)。“制造這些產(chǎn)品的公司認(rèn)識到他們無法自行改變整個系統(tǒng)。圍繞什么是可回收和不可回收的東西保持一致是避免混淆和推動大規(guī)模影響的方法。
“此外，有趣的是，包裝消費品公司正在贊助麻省理工學(xué)院的這項研究，該研究專注于 MRF 級創(chuàng)新。他們正在投資于他們希望回收行業(yè)采用的創(chuàng)新，以在他們自己的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)上取得進(jìn)展。”
Hocken 認(rèn)為，盡管面臨挑戰(zhàn)，但值得追求一種可以防止小型塑料從 MRF 手中溜走的技術(shù)。
“如果這些產(chǎn)品更容易分類，它們將更容易回收，”她說。“不同的是尺寸。因此，您可以在家里回收大號洗發(fā)水瓶和小號旅行裝洗發(fā)水瓶，但不能保證小號終能制成塑料袋。如果我們能想出一個專門針對仍在分揀線上的那些人的解決方案，那么他們更有可能終進(jìn)入生產(chǎn)線末端的那些塑料包，這些塑料包可以賣給塑料回收商，他們可以然后在新產(chǎn)品中使用該材料。”
“TSC 對這個項目以及我們與麻省理工學(xué)院的合作感到非常興奮，”Park 補(bǔ)充道。“我們的項目利益相關(guān)者非常致力于尋找解決方案。”
