Ежегодно на свалки попадают миллионы тонн пластика. Это большая социальная проблема и еще большая угроза окружающей среде.

В США перерабатывается менее 9% . Вместо этого более 75% пластиковых отходов попадает на свалки, а до 16% сжигается, в результате чего в атмосферу выделяются токсичные газы.

- Реклама -
Подписка — внутри поста

Исследователи из Центра инноваций в области пластмасс (CPI) Университета Делавэра разработали прямой метод преобразования одноразовых отходов — пластиковых пакетов, контейнеров для йогурта, пластиковых бутылок и крышек для бутылок, упаковки и т. д. — в готовые к использованию молекулы для реактивное топливо, дизельное топливо и смазочные материалы.

Работа, опубликованная в журнале Science Advances в среду, 21 апреля, посвящена использованию и уникального процесса для быстрого разрушения этих трудно перерабатываемых пластмасс, известных как полиолефины. Полиолефины составляют от 60 до 70% всех производимых сегодня пластмасс.

Процесс, разработанный UD, требует примерно на 50% меньше энергии, чем другие технологии, и не требует добавления углекислого газа в атмосферу, что снижает выбросы по сравнению с другими широко используемыми технологиями. Это можно сделать всего за пару часов при низкой температуре, около 250 градусов по Цельсию. Это немного выше, чем температура духовки в 450 градусов по Фаренгейту, которую вы можете использовать для жарки овощей или выпечки слоеного теста в домашних условиях.

Важно отметить, что метод команды UD может обрабатывать самые разные пластмассы, даже если они смешаны вместе, что является плюсом, учитывая способ обращения с перерабатываемыми материалами.

«Химическая конверсия — это наиболее универсальный и надежный подход к борьбе с пластиковыми отходами», — сказал Дион Влахос, главный исследователь проекта и профессор кафедры энергетики и биомолекулярной инженерии Unidel Dan Rich в UD.

Соавторы статьи: Сибао Лю, бывший научный сотрудник UD, ныне адъюнкт-профессор химической инженерии и технологий в Тяньцзиньском университете; и исследователи CPI Павел Коц, научный сотрудник UD; Брэндон Вэнс, аспирант UD; и Эндрю Дэниэлсон, старший специалист в области химического машиностроения.

Создание готовых молекул

Исследовательская группа UD использовала химический процесс, называемый гидрокрекингом, чтобы разбить твердые частицы пластика на более мелкие молекулы углерода, а затем добавила молекулы водорода с обоих концов, чтобы стабилизировать материал для использования.

Исследователи UD используют процесс, называемый гидрокрекингом, для разложения исходных материалов, таких как измельченные пластиковые бутылки, на более мелкие молекулы углерода, которые можно использовать для создания топлива для реактивных двигателей, дизельного топлива и смазочных материалов. Предоставлено: Университет штата Делавэр.
Каталитический крекинг не новость. Нефтеперерабатывающие заводы использовали его для преобразования тяжелой сырой нефти в бензин в течение многих лет.

Однако метод исследовательской группы не просто разрушает пластик. Он также преобразует материал в разветвленные молекулы, которые позволяют напрямую преобразовывать их в конечный продукт.

«Это делает их готовыми к использованию молекулами для дорогостоящих смазочных материалов или топлива», — сказал Влахос, который также руководит Энергетическим институтом Делавэра и Центром катализа для энергетических инноваций в Университете штата Вашингтон.

Сам катализатор на самом деле представляет собой гибридный материал, комбинацию цеолитов и смешанных оксидов металлов.

Известно, что цеолиты обладают свойствами, которые позволяют им создавать разветвленные молекулы. Цеолиты содержатся в таких вещах, как очистка воды или системы умягчения и бытовые моющие средства, где они противодействуют минералам, таким как кальций и магний, делая жесткую воду более мягкой и улучшая процесс стирки.

Между тем смешанные оксиды металлов известны своей способностью расщеплять большие молекулы в нужном количестве, не переусердствуя. Например, антацид в вашей аптечке — это оксид металла, используемый для расщепления или нейтрализации кислоты, вызывающей расстройство желудка.

«По отдельности эти два катализатора плохо справляются с задачей. Вместе комбинация творит чудеса, плавя пластик и не оставляя пластика», — сказал Влахос.

Это дает разработанному CPI методу преимущество перед современными методами, хотя Влахос подчеркнул, что для внедрения этих научных методов в промышленность требуется дополнительная работа. Еще один плюс: каталитические материалы команды широко используются и, следовательно, довольно недорогие и доступны в большом количестве.

«Это не экзотические материалы, поэтому мы можем быстро начать думать о том, как использовать эту технологию», — сказал он. Он и Лю подали предварительный патент на новый би-катализатор и уникальный метод через Управление экономических инноваций и партнерства UD.

Пластмассы, трудно перерабатываемые, такие как пластиковые пакеты, возможно, нашли свое отражение благодаря исследователям из Центра инноваций в пластмассах Университета штата Вашингтон. Метод исследовательской группы UD может обрабатывать различные одноразовые пластмассы, даже если они смешаны вместе, что является плюсом, учитывая способ обращения с перерабатываемыми материалами. Еще один первый шаг — заставить людей не мусорить. Предоставлено: Университет штата Делавэр.
Устойчивые решения, круговая экономика

Уменьшение количества пластиковых отходов путем химического преобразования их в топливо может сыграть важную роль в развитии экономики замкнутого цикла, когда материалы перерабатываются во что-то новое в конце срока их полезного использования, а не выбрасываются. Переработанные компоненты можно использовать для повторного изготовления того же самого или, в случае топлива, переработать в более ценные продукты, что принесет как экономическую, так и экологическую выгоду.

«Этот инновационный каталитический подход является значительным достижением в наших поисках процессов деполимеризации, которые включают менее энергоемкие пути и создают узкоспециализированные цели разрушения, — сказал директор CPI ЛаШанда Корли, заслуженный профессор материаловедения и инженерии, а также химической и биомолекулярной инженерии. Понимание открывает новый путь к повышению ценности пластиковых отходов».

Для Эндрю Дэниэлсона, старшего специалиста в области химического машиностроения, участвовавшего в проекте, потенциальные экологические выгоды от переработки пластика впечатляют.

«Пластиковые отходы — серьезная экологическая проблема. Я считаю, что это исследование может помочь в разработке более эффективных методов перепрофилирования пластика», — сказал Дэниелсон, чей вклад в работу включал проверку данных, собранных в ходе проекта, путем воспроизведения экспериментов.

После окончания учебы в мае Дэниэлсон применит свой исследовательский опыт в химической промышленности. Он уже получил работу в области управления технологическими процессами, части производственного процесса, которая включает в себя, среди прочего, управляющие переменные, такие как температура, давление и проводимость.

Следующие шаги в исследовании CPI включают изучение того, какие другие пластики можно обрабатывать с помощью метода команды и какие продукты он может производить. Для начала Влахос сказал, что команда надеется расширить сотрудничество с коллегами по всему университетскому городку и в Центре инноваций в области пластмасс, чтобы изучить другие возможности для производства ценных продуктов за счет устранения отходов.

«По мере развития этой миру нужно будет производить меньше оригинального пластика, потому что мы будем повторно использовать материалы, сделанные сегодня, в будущем», — сказал он.

Другая цель — разработать методы улучшения самого процесса переработки.

«Мы хотим использовать экологически чистую электроэнергию для стимулирования химической обработки, связанной с созданием новых вещей. В настоящий момент мы очень далеки от того, чтобы увидеть это, но именно к этому мы и направимся в следующие 10−20 лет», — сказал Влахос.