想象一下，将早晨的冰咖啡杯扔进回收箱，相信它会 被改造成新的东西。现在，想象一个更可能的结果：同一个杯子，沿着 与无数其他人一起，最终被扔进垃圾填埋场，因为它太污染了，太困难了 进行分类，或者只是传统回收的颜色错误。
这一令人沮丧的现实，估计 90% 的塑料最终都会消失 被扔进垃圾填埋场或焚烧，凸显了一项严峻的全球挑战。但在密歇根 Tech 的废物价值实验室，由 MAE 领导的专业机械工程师团队 教授埃兹拉·巴尔-齐夫助理教授飞龙正在重新定义废物管理的可能性。实验室转变为台式规模 威斯康星大学麦迪逊分校 George Huber 教授取得的突破 转化为中试规模的机械，有望带来显着的财务和环境回报。
废物增值和垃圾五彩纸屑
废物增值，即将废物转化为具有价值的东西的过程 经济价值，将垃圾变现金。它减少了垃圾填埋场废物并创造 新的经济机会。
但有一个问题：垃圾远非统一。 “霍顿的垃圾含量可能 与马凯特不同，”巴尔-齐夫说。消费习惯、人口统计等变量 甚至季节的变化也会导致废物成分的不同。
该实验室处理多种废物流。研究人员首先要解决的是 处理纤维、纸张和食物残渣等生物材料的挑战， 存在于城市固体废物中。通过加热和搅拌的过程称为 生物质烘焙，有机材料可以转化为木炭，提供 碳中性能源。
让不可预测的材料顺利地流过系统是一项工程 挑战。与液体不同，固体不易移动。 Bar-Ziv 说它们倾向于结块 并形成“桥梁”，完全停止运动。多年的测试造就了优雅的 解决方案：将废物颗粒粉碎成五彩纸屑状的两到三毫米 长宽比约为 1:1 的片段。缩小碎片尺寸可减少内部 摩擦，允许材料连续流动。
结果？该系统不仅可以将生物质废物从垃圾填埋场转移出来，还可以将 将其转化为宝贵的资源。
STRAP 技术推动突破
生物质增值令人印象深刻。但是溶剂定向回收和沉淀(STRAP) 是一个游戏规则改变者，它解决了回收利用中最顽固的问题之一： 混合塑料废物。
传统回收是一种机械过程，其中塑料按类型分类、切碎、 熔化并重新制成新产品，尽管质量通常低于它们 以前的形式。就像复制副本一样，重复回收会降低质量 由于污染和杂质，每一轮都会发生，产品最终会被淘汰 到垃圾填埋场。
传统回收还难以分类黑色塑料、受污染的包装、 和多层塑料薄膜——所有这些通常最终都会被扔进垃圾填埋场。
“聚合物薄膜通常有 10 层，用于阻氧、粘合剂和刚性，” 朗说。 “目前，还没有办法回收它们。STRAP 改变了这一点。”
STRAP 使用每种塑料特有的有机溶剂，将一种类型溶解在 混合而不影响其他。然后溶解的塑料沉淀出来 出来并重新固化，产生高质量、无色的树脂颗粒。
扩展技术并不容易。在实验室规模上，威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员进行了过程 使用烧杯和勺子加入 10 至 100 克。进入试点规模，并设定目标 每小时 25 到 50 公斤，说起来容易做起来难。
Bar-Ziv 将其比作从台式手冲咖啡机转变为开咖啡店 咖啡厅。就像手冲咖啡一样，实验室规模涉及单批次数量 根据需要进行处理；通常将树脂通过过滤器倒入烧杯中。 中试规模加工需要连续、平稳地移动材料 系统无堵塞。为了保持成本可行，99.9% 的溶剂必须是 恢复了。整个过程必须自动化，从阀门到温度 控制。
就连反应堆也需要重新思考。在实验室规模上，溶解塑料可能需要 小时。研究人员开发了一种新的高速、高剪切混合设计，使 试点实验室仅需 30 秒即可溶解塑料。
“仅反应堆设计一项就需要一名博士生的完整论文，”朗指出。的 回报？一种可以利用废物生产原始质量塑料的工艺。
更智能的分拣：人工智能和红外表征
为了最大限度地减少成本和处理时间，实验室需要了解哪些类型的塑料 需要被分解。传统排序无法检测黑色的差异 塑料，占废物的很大一部分。这就是最新技术的所在 进来：人工智能驱动的中红外（MIR）光谱。
MIR 原型是与丹麦的合作者共同开发的，可进行 20,000 次测量 每秒表征深色塑料。然后机器学习模型进行分析 实时数据，以近乎完美的精度识别不同的聚合物 它们沿着传送带快速移动。这种快速表征输入到 STRAP 系统中， 帮助研究人员为每批产品选择正确的溶剂和温度。
该试点项目现在提供了一种完全集成的方法：表征、分离、 和纯化——希望扩大到工业水平。
值得等待的啤酒
STRAP 项目体现了通过高度协作可以取得的进展 来自大学、国家实验室的多学科研究人员的努力， 以及行业合作伙伴。它得到了一系列资金来源的支持，包括 美国能源部和联邦国家科学基金会； 州级密歇根州环境、五大湖和能源部； 以及世界各地的私人基金会、行业利益相关者和参与社区。
团队正在共同为塑料变革方法奠定基础 回收。如果成功扩展到商业水平，STRAP 系统具有潜力 每年将数百万吨塑料废物从垃圾填埋场转移。
“这真的就像煮咖啡一样，”Bar-Ziv 说。 “我们提取好东西然后离开 其余的都在后面。”幸运的是，STRAP 式实验室将变得几乎同样普遍 作为世界各地主要大都市区的咖啡连锁店。
经过五年的努力，团队对 STRAP 的潜力仍然持乐观态度，同时 认识到这是一个复杂难题的一部分。 “我们无法解决所有问题 一项技术，”Bar-Ziv 承认。 “来自轮胎或 PFAS 化学品的微塑料 不同的野兽。但对于垃圾桶中的塑料，STRAP 可以改变游戏规则。”
对于一个被塑料淹没的世界来说，这是乐观的理由。
足球比赛结果是一所 R1 公立研究型大学，成立于 1885 年，位于霍顿，拥有来自全球 60 多个国家的近 7,500 名学生。密歇根州旗舰科技大学的投资回报率一直名列全美最佳大学之列，提供超过 185 个本科和毕业生科学技术、工程、计算机、林业、商业、健康专业、人文、数学、社会科学和艺术领域的学位课程。乡村校园距离密歇根州上半岛的苏必利尔湖仅数英里，提供全年户外探险的机会。
