A műanyagoknak rengeteg előnyös tulajdonságuk van, többek között olcsók, viszonylag könnyen kezelhetők és sokszor strapabíróbbak, mint az alternatíváik. Azonban a hatalmas mennyiségű műanyaghulladékkal is kezdeni kell valamit, amely már egészségünket is fenyegetheti környezetünk pusztítása mellett. Éppen ezért lehet ígéretes az austini Texas Egyetem kutatóinak új felfedezése, amely a lézereket állítaná munkába a műanyaghulladék megfelelő lebontásának céljából.

A lézerekről röviden

A lézereket, azt hiszem, senkinek nem kell bemutatni, legtöbben legalább kis világító kulcstartó formájában találkozhattak már velük. Természetesen ezek közel sem azonosak a valódi lézerekkel, amelyek már több mint fél évszázada jelen vannak életünkben. Az első lézert ugyanis 1960-ban találta fel Theodore Maiman, amerikai mérnök. Sokan nem tudják, de bizony a „lézer” szó rövidítés, amely az angol „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” kifejezés szavainak kezdőbetűjéből adódik össze. Lézereket az élet számtalan területén alkalmaznak, többek között orvostechnikai eszközök esetében, az informatikában, a haditechnikában, az optikai eszközöknél, az anyagok megmunkálásához, illetve fontos szerepet töltenek be a kémiában is egyes elemzési módszerek alkalmazásakor [1].

A lézerek fajtái

Többféle változatot megkülönböztethetünk hullámhossz, üzemmód, illetve a lézeranyag (a közeg, amelyben a lézersugár létrejön) szerint. A lézer számos hullámhosszon képes sugarat kibocsátani, így léteznek lézerek, amelyek a mikrohullámú, az infravörös (IR), az UV, a röntgen és a látható tartományban bocsátják ki sugaraikat. Üzemmód szerint folytonos, illetve impulzusalapú lézerek léteznek, tehát – ahogy elnevezésük mutatja – vagy folyamatosan, vagy időszakosan, impulzusszerűen bocsátják ki a lézersugarakat. A lézer közege pedig lehet valamilyen gáz (pl.: tiszta nitrogén vagy valamilyen keverék, amelyet gerjeszteni kell, a lézersugár pedig gázkisülés útján jön létre), ionkristály (pl.: rubinlézer, ilyen volt a legelső lézer is), félvezető vagy akár speciális festékoldat is (ez általában egy erősen fluoreszkáló festék oldatát jelenti) [1].

Kapcsolódó bejegyzések

Műanyagszemétben fuldoklik a világ, ez lehet a megoldás

A tavaly év végi hírözönben kevés figyelem irányult rá, pedig a globális környezeti válság szempontjából is lényeges, bár egyelőre messze nem elégséges előrelépés történt a műanyagszennyezés visszaszorításában.

A 2023-ban kiosztott fizikai Nobel-díj nyertese, Krausz Ferenc és munkatársai, Pierre Agostini és Anne L’Huillier is a lézertudomány területén végzett munkájukért kapták a díjat, ugyanis attoszekundumos (a másodperc 10^-18 része) fényimpulzusokat előállító kísérleti módszert fejlesztettek ki, amellyel az elektronok atomon belüli mozgását vizsgálták.

Miként működik a találmány?

Az amerikai és japán kutatókból álló csoport kétdimenziós (vagyis egyetlen rétegből álló) úgynevezett átmenetifém-dikalkogenidekre (például wolfram és szelén komplexére) helyezett műanyagokat próbáltak lebontani lézerbesugárzással. A kísérlet során először a műanyagok alapját képező polimerek kötéseit szakították fel egy alacsony intenzitású fénynyalábbal, ezután pedig fotokémiai reakció során új kötéseket hoztak létre, így jutva speciális nanoanyagokhoz. Ezeket aztán a későbbiekben főként a számítástechnikában alkalmazhatják, de bizonyos nanoanyagokat felhasználnak még az orvostudomány területén, a kozmetikai iparban és további kémiai reakciókban katalizátorként [2].

Mit jelenthet ez a jövőre nézve?

A fent említett folyamatban a nanoanyagok a C-H-kötések aktiválása során jöhetnek létre, ami röviden annyit jelent, hogy a besugárzás hatására a szerves anyagokban található szén-hidrogén-kötések szelektíven felhasadnak, teret adva új anyagok létrejöttének. Természetesen a fenti reakció még csak gyerekcipőben jár, rengeteg további kísérletezés és fejlesztés vár még a kutatócsoportra. Amennyiben azonban igazolást nyer a felfedezés hasznossága, akkor a jövőben több, akár hosszabb láncú szerves anyagokat, így a legtöbb műanyagot is képesek lehetnénk átalakítani értékes anyagokká lézerek segítségével. A reakció során hidrogéngáz is keletkezik, amit megfelelő kezeléssel szintén fel lehet használni további zöldtörekvésekhez, például járművek meghajtásához. Ennek részleteiről korábbi cikkünkben olvashatnak:

Kapcsolódó bejegyzések

Milyen szerepet játszhat a hidrogén a jövő közösségi közlekedésében? – Podcast (x)

Az üzemanyagcellás technológia lehetséges szerepéről, a hazai helyzetről és a jövőbeli tervekről beszélgetünk Weingartner Balázzsal, a HUMDA elnök-vezérigazgatójával.

Összegzés

A műanyagok feltalálásuktól kezdve számtalan formában jelen vannak környezetünkben, egy dolog azonban közös bennük (ritka kivétellel), mégpedig az, hogy rendkívül nehezen és sok idő alatt bomlanak le. Ennek megoldásában lehet segítségünkre az eddigiekben ismertetett találmány, amelyet remélhetőleg a jövőben nagyobb léptékben is alkalmazhatnak, ezzel hozzájárulva a műanyaghulladék mennyiségének csökkentéséhez.

Források:

[1]      M. Kubinyi and A. Grofcsik, “Kémiai Anyagszerkezettan (Egyetemi Jegyzet),” 2006.

[2]      J. Li et al., “Light-driven C–H activation mediated by 2D transition metal dichalcogenides,” Nat Commun, vol. 15, no. 1, p. 5546, 2024, doi: 10.1038/s41467-024-49783-z.

Kiemelt kép: pexels