Side 14

n GRØN OMSTILLING Figur 4. Reaktion mellem terephthalsyre og ethylenglycol, der danner intermediatmolekylet bis(2-hydroxyethyl) terephthalat, før det polymeriseres til polyethylenterephthalat. Oprensningsprocessen Det viste sig at være muligt at oprense BHET’en fra det forurenede syntese ­ produkt alene ved brug af varmt vand, derved blev alle urenhederne fjernet i et enkelt trin. Figur 5 viser billeder af den ubehandlede synkeaffaldsfraktion, BHET synteseproduktet, urenhederne fjernet i BHET-oprensningen, samt det rene udkrystalliserede BHET. Renheden af BHET-krystallerne blev bestemt til 98 procent per mol via 1 H-NMR, (figur 6), hvor samtlige signaler kan tilord ­ nes BHET med ganske små signaler fra andre urenheder. For at understøtte denne renhed blev de termiske egen ­ skaber bestemt ved hjælp af DSC, hvor smeltetemperaturen og smeltevarmen blev bestemt til hhv. 111°C og 121 J/g, hvilket understøtter et meget rent BHET-produkt. Dermed har forsøgene vist, at BHET kan blive produceret med høj renhed fra en affaldsfraktion med blandede plasttyper og farver, og at alle urenheder kunne fjernes alene ved brug af varmt vand. Neutral hydrolyse - en lovende løsning Kemisk genanvendelse i form af neutral hydrolyse har vist sig at muliggøre genanvendelsen af PET på trods af tilstedeværelsen af andre plasttyper. Dette kan potentielt være en ny løsning til at undgå deponi og afbrænding af PET fra synkefraktionen og andet PET- affald. Hydrolysen anvender kun vand som reaktant ligesom til BHET oprens ­ ningsprocessen. Dog er den kemiske genanvendelse en mere energikrævende og derved dyrere proces sammenlig ­ net med mekanisk genanvendelse. For eksempel så kræver hydrolysen energi til at opvarme og tryksætte reaktan ­ terne. Derudover vil der blive genereret spildevand med EG og ukendte ned ­ brydningsmolekyler fra hydrolysen og udkrystalliseringsprocessen. Spildevan ­ det vil kræve en oprensning for at kunne recirkuleres - endnu en økonomisk straf til den kemiske genanvendelse. Der skal altså på bedste vis forsøges at holde plasttyperne adskilt og dermed lave en så ren PET-fraktion, at den kan mekanisk genanvendes. Hvis dette ikke er muligt, så kan det resterende PET, der ikke kan adskilles fra andre plasttyper (for eksempel kødbakker beklædt med PE), kemisk genanvendes. Kun igennem en kombination af mekanisk og kemisk genanvendelse kan PET så genanvendes på den mest effektive måde. E-mail: Anne-Sophie Høgh Mahler: asma@bce.au.dk Mogens Hinge: hinge@bce.au.dk Referencer 1. https://plasticseurope.org/knowledge-hub/ plastics-the-fast-facts-2023/. 2. Ragaert, K., L. Delva, and K. Van Geem, Mechanical and chemical recycling of solid plastic waste. Waste Management, 2017. 3. Ikenaga, K., T. Inoue, and K. Kusakabe, Hydrolysis of PET by Combining Direct Microwave Heating with High Pressure. Procedia Engineering, 2016. 4. Chen, W.-H., et al., Liquid hot water as sustainable biomass pretreatment technique for bioenergy production: A review. Bioresource Technology, 2022. 5. Bandura, A. and S. Lvova, The Ionization Constant of Water over Wide Ranges of Temperature and Density. Journal of Physical and Chemical Reference Data, 2006. Figur 5. Billeder fra plastaffald til mono- meren bis(2-hydroxyethyl) terephthalat (BHET), hvilket inkluderer den ubehandle- de synkeaffaldsfraktion, synteseproduktet fra det hydrolyserede materiale, urenhe- der fjernet fra BHET synteseproduktet ved hjælp af filtrering og det rene udkrystal- liserede BHET. Figur 6. 1 H-NMR spektrum af den syntetiserede og oprensede bis(2-hydroxyethylen) terephthalat fra hydrolyseproduktet af en synkeaffaldsfraktion. Signalerne a og b viser de alifatiske hydrogenatomer, mens c og d viser alkoholerne og de aromatiske hydrogen­ atomer. Pilene illustrerer signaler fra resterende forureninger. 14 Dansk Kemi, 105, nr. 5, 2024 -

Side 15

KEMITEKNIK n Skabeloner til fremtidens elektronik Hvad er, og hvordan laver man molekylær elektronik: Overfladers atomare struktur påvirker molekylers interne vekselvirkninger. Af Isaac Appelquist Løge 1,2 , Sigmund Jensen 1 , Jesper Bendix 3 og Lars Diekhöner 1 1 Institut for Materialer og Produktion, Aalborg Universitet 2 DTU Kemiteknik 3 Kemisk Institut, Københavns Universitet En smartphones teknologiske mulighe ­ der var umulige at forestille sig for 20 år siden. Denne turborevolution har kun været mulig, fordi vi kan pakke infor ­ mation på et mindre og mindre område, og derved have en meget højere infor- mationstæthed . Hvis fremskridtet i tek ­ nologiske muligheder skal forøges med samme rate som hidtil, skal informati- onstætheden derfor blive endnu højere. Måden vi laver elektronik på nu, møder allerede begrænsninger på kvanteme ­ kanisk niveau. Derfor skal fremtidens elektronik have et gennembrud. Moores lov Hastigheden af teknologiske fremskridt har længe været uændret. Det forudså Gordon Moore i 1965, da han blev bedt om at finde på et bidrag til et magasin. Han havde været i branchen i nogle år og gjort den observation, at elektronik blev billigere, mens det samtidig blev bedre. Han forudså, at dette ville fort ­ sætte, hvilket er kendt som Moores lov, som siger, at antallet af transistorer per integreret kredsløb fordobles hvert andet år. Moores forudsigelse viste sig at være en selvopfyldende profeti. I skrivende stund, 2024, arbejdes der stadig på, at Moores lov skal opretholdes [1]. Moores lov har drevet teknologiske fremskridt, og gjort, at informationstætheden blev større og større, mens elektroniske kom ­ ponenter blev mindre og mindre. Disse fremskridt har i stor grad været drevet af bedre fabrikationsmetoder og større forståelse for materialers egenskaber. Vi står nu med elektroniske komponenter på nanoniveau, hvilket er meget småt. Men der vil komme et tidspunkt, hvor der ikke kan komme flere transistorer på et integreret kredsløb. Man vil nå en græn ­ Figur 1. Illustration af traditionel elektronik versus molekylær elektronik. Til højre ses en normal chip, hvor elektriske kompo- nenter er placeret i et netværk. Til venstre ses en illustration af molekylær elektronik. (Billedet er genereret DALL-E). se, hvor kvantemekaniske effekter vil blive for store, og modstanden i traditionelle materialer vil give for stor varmeudvik ­ ling. For at forstå disse begrænsninger er det nødvendigt at se på, hvordan kompo ­ nenter typisk bliver fremstillet. Fabrikation af nanokomponenter tager udgangspunkt i enten en ” top-down ” eller ” bottom-up ” tilgang. I ” top-down ” vil man som udgangspunkt forme sit slutprodukt, hvor man ved ” bottom-up ” fabrikation vil udnytte en iboende mate ­ rialestruktur, som gør, at produktet selv danner en bestemt form. For at Moores lov kan opretholdes, skal man derfor Figur 2. Skannende tunnelmikroskop, som forskerne brugte til at lægge molekyler på forskellige typer af overflader. Her kan overfladerne laves under kontrollerede betingelser, molekylerne fordampes på overfladerne og højtopløselige billeder kan tages. Mikroskopet opereres ved ultrahøjt vakuum for at sikre renheden og ved lave temperaturer for at stabilisere molekylerne på overfladen under målinger og minime- re termisk støj under målingerne. finde nye metoder til at fabrikere vores nanokomponenter, og her kan der være noget at vinde ved ” bottom-up ” metoder. Det næste trin: Molekylær elektronik ” Bottom-up ” fabrikationsmetoder er inspireret af naturen. Dette kan være i proteiner, der bliver lavet i kroppens celler, som på forunderligvis samler sig selv til en kompleks form. Derfor kaldes ” bottom-up ” også selvsamling . Selvsam ­ lende strukturer har potentialet til at styre enkelte atomer eller molekyler til at danne komplekse mønstre. Disse mønstre kan designes til at lave elektroniske kredsløb, hvor molekyler indgår som byggesten. Nu sætter kun fantasien grænser, da tusindvis af funktionelle molekyler eksisterer. Her har forskere eksempelvis foreslået: ○ Ledninger: • Polymerer, hvor ledningsevnen kan tunes ud fra de enkelte dele. ○ Kontakter: • Lyssensitive molekyler, for eksempel azobenzen, der kan skifte tilstand, hvis det bliver udsat for lys [2]. • Elektrokemiske kontakter: Redox- sensitive molekyler, som skifter form alt efter, hvilket potentiale de bliver udsat for [3]. ○ Logiske operatorer: • Ion- og pH-sensitive molekyler, som ændrer form, når visse ioner er til stede, kan bruges til at styre elektrisk flow [4]. ○ Hukommelse: • Magnetiske molekyler som kan sættes i en bestemt spintilstand gennem et eksternt magnetisk felt. • Rotaxaner kan roteres eller trans- lateres i bestemte konfigurationer til at efterligne bit-tilstande, og bruges som datalagring [5]. Fabrikation af molekylær elektronik er svært Selvom mulighederne ved molekylær elektronik er store, så er fabrikationen - Dansk Kemi, 105, nr. 5, 2024 15

    ...