Ученые разработали новый способ получения топлива из пластика

К 2040 году объем пластмассы, попадающей в Мировой океан, может вырасти втрое — с нынешних 11 млн т до 29 млн т

Исследователи из Центра инноваций в области пластмасс (Center for Plastics Innovation, CPI) при Делавэрском университете разработали новый способ химической переработки пластиковых отходов. Процесс занимает мало времени, требует небольшого количества ресурсов и позволяет превращать разные виды пластика в бензин, дизельное и реактивное топливо, смазочные материалы. Исследование опубликовано в научном журнале Science Advances.

Авторы работы отмечают, что пластиковые отходы обычно перерабатываются механически: они сортируются, очищаются, измельчаются и переплавляются. Однако такой способ требует больших объемов первичного сырья, а из полученных материалов не всегда можно изготовить изделия высокого качества. Химические способы переработки считаются более надежными и универсальными. Но процесс занимает длительное время, происходит при высоком давлении и высоких температурах. Это приводит к большим энергозатратам и, как следствие, наносит ущерб окружающей среде.

Ученые сосредоточились на переработке полиолефинов — термопластичных полимеров, из которых производится полиэтилен низкой и высокой плотности, полипропилен, полистирол. В основу новой технологии лег процесс гидрокрекинга, который применяется в нефтеперерабатывающей промышленности с XX века и позволяет превращать компоненты нефти в различные виды топлива. Во время гидрокрекинга пластик расщепляется на молекулы углерода, которые затем насыщаются водородом.

Для гидрокрекинга исследователи задействовали бифункциональный катализатор, который содержит два типа каталитических центров — кислотные и металлические. В качестве катализирующих компонентов выступили цеолиты и оксиды металлов. Цеолиты — это минералы, обладающие сорбирующими, каталитическими, ионообменными и другими функциями. Их применяют в качестве адсорбентов в водоочистительном оборудовании, а также добавляют в моющие средства для смягчения воды.

«По отдельности эти два катализатора плохо справляются с задачей. Комбинация творит чудеса», — объясняет ведущий автор исследования Дион Влахос. Ученые использовали мелкопористый цеолит со структурным типом FAU (HY) и наночастицы платины, нанесенные на вольфрамированный диоксид циркония (Pt/WO₃/ZrO₂). Они обнаружили, что в результате реакции из полиэтилена низкой плотности можно получить смесь бензина, дизельного топлива и топлива для реактивных двигателей. Процесс занял около двух часов и происходил при относительно низкой температуре — около 250 °C.

Авторы работы подчеркивают, что для широкого внедрения этого способа в промышленности требуются дополнительные исследования. Но уже сейчас понятно, что он не требует больших материальных затрат. Кроме того, новый метод позволяет перерабатывать смешанные пластмассы разных типов. «Это не экзотические материалы, поэтому мы можем начинать думать о том, как использовать эту технологию», — добавляет Дион Влахос.

В будущем ученые планируют выяснить, какие еще виды пластика можно перерабатывать с помощью этого метода, а также понять, какие продукты можно получить в результате. Они также намерены сотрудничать с другими учеными из CPI, чтобы узнать о возможностях производства новых изделий из отходов. Кроме того, в ближайшие 10–20 лет исследователи планируют перейти на возобновляемые источники энергии, которые сделают процесс химической переработки еще более экологичным.

Как еще можно решить проблему пластиковых отходов

В работе отмечается, что уровень переработки пластика во многих странах мира остается низким. Так, в США, по данным Агентства по охране окружающей среды, в 2017 году большую часть (75,8%, или почти 26,8 млн т) пластиковых отходов отправили на свалки, 15,8% (5,5 млн т) сожгли и только 8,4% (2,9 млн т) переработали. В Европе, согласно информации статистического агентства Statista, перерабатывается 30% пластиковых отходов. Однако показатели различаются в зависимости от страны. Если в Германии на свалках оказывается только 0,1% пластиковой упаковки, то в Испании — 38,2%. В России, как сообщается на сайте компании — поставщика финансовой информации Refinitiv, ежегодно в переработку поступает от 5% до 12% пластиковых отходов.

При этом объемы производства пластика во всем мире быстро растут. Если в 1950 году было произведено 2 млн т пластика, то в 2017 году — уже 348 млн т. По мере наращивания производственных мощностей увеличивается объем пластиковых отходов: уже сейчас в Мировом океане находится около 150 млн т пластика. Такие данные приводятся в докладе Breaking the Plastic Wave. Его совместно подготовили международная некоммерческая организация The Pew Charitable Trusts и компания SYSTEMIQ, разрабатывающая и реализующая проекты в области устойчивого развития. Эксперты смоделировали несколько сценариев развития событий. Если не произойдет кардинальных изменений, то к 2040 году объемы производства пластика увеличатся в два раза. А объемы пластика, попадающего в океан, вырастут втрое — с нынешних 11 млн т до 29 млн т. Это эквивалентно 50 кг пластика на каждый метр береговой линии по всей планете.

Более оптимистичный сценарий предполагает, что к 2040 году объем попадающего в океан пластика сократится на 80%. Но для этого власти и бизнес должны принимать эффективные меры. В частности, необходимо сокращать производство пластика, а также снижать спрос на изделия из этого материала, поощряя потребителей использовать многоразовые предметы. Важно также вовлекать людей в раздельный сбор отходов, особенно в странах со средним и низким уровнем доходов, и совершенствовать методы сортировки и переработки пластика.

Подписывайтесь на канал +1 в Яндекс.Дзен.