Топливо из пластикового мусора2

Проблема загрязнения окружающей среды пластиком с каждым годом становится всё более актуальной. Группа исследователей из Университета Педью (Purdue University, США), представила технологию, позволяющую преобразовывать пластик в топливо. Издание «Наука и техника» сообщает, что данная разработка не только способна обеспечить долю потребности в бензине или дизеле, но также поможет улучшить экологическую ситуацию в мире. Специалисты назвали свою технологию гидротермальным сжижением (hydrothermal liquefaction). Она позволяет плавить полимеры пропилена, а затем растворять их в сверхкритической воде – в этом состоянии вещество находится «между» жидкой и газообразной фазой.

Как только пластмасса превращается в нафту (горючую смесь жидких углеводородов), ее уже можно использовать в качестве сырья или в последующем разделить на другие продукты. Масло, полученное из полипропилена, потенциально может быть использовано в качестве смеси бензина или сырья для других химикатов.

За пластиковыми отходами далеко ходить не надо – они везде! Значительная часть пластика – по некоторым оценкам, до 10 миллионов тонн в год – попадает в океан. Пластиковый мусор обнаруживают в мелких рыбах и медузах, а поскольку эти существа являются пищей для других морских обитателей, микроскопические частицы пластика «поднимаются» по пищевой цепи, угрожая людям, употребляющим в пищу рыбу. Крупные морские обитатели тоже страдают от такого мусора. Заглатывать кусочки пластика могут и морские птицы, что зачастую приводит к их гибели. По оценкам ученых, пластиковые отходы попадают в организмы 90% морских птиц. Скопления пластиковых отходов в Мировом океане образуют так называемые мусорные острова – на данный момент их известно пять (один в Индийском океане и по два – в Тихом и Атлантическом). Появился ужасающий прогноз, согласно которому к 2050 году масса пластика в океане сравняется с массой обитающих в нем рыб. Подсчитано, что за последние 50 лет на свалках и в природной среде скопилось около пяти миллиардов тонн отходов. 23% от общего количества отходов пластика – отходы полипропилена. Превратив их в полезные продукты, можно снизить накопленные отходы и связанные с ними риски для окружающей среды и человека.

Пластик перестает быть пластиком

Пластмассы – это материалы, основой которых чаще всего являются полимеры, получаемые из нефти, угля или природного газа. Перечислить все сферы применения пластмасс сложно: эти материалы используются при производстве разнообразных упаковок, электротехники, мебели, медоборудования и т.д. Современная утилизация пластмасс вызывает много вопросов – разлагаются они не одну сотню лет, а значит, требуют переработки. Сам процесс не сложен: пластик нужно измельчить, расплавить, а затем отлить из него новую продукцию. Однако этот способ работает в том случае, если весь подвергающийся переплавке пластик принадлежит к одному типу и обладает высокой степенью чистоты, что на практике случается редко. Существуют, конечно, и другие способы переработки, но они требуют серьезных затрат энергии и ресурсов — высокого давления, а также температуры более 400°C. Минус и в том, что такая переработка разлагает пластмассы на многочисленные составляющие – углеводородные соединения, с которыми потом очень сложно работать. Новый способ утилизации пластиковых отходов, разработанный американскими учеными, значительно отличается от существующих ныне. После его приме нения пластик перестает быть пластиком (работа опубликована в журнале Science Advances).

Хватит и 150 градусов

Полиэтилен представляет собой длинную цепь соединения углерода с водородом, и задача при его переработке состоит в том, чтобы разбить эту цепь на более короткие кусочки, которые могут быть использованы для создания других веществ. Метод включает два этапа, каждый проходит при участии катализатора. Первый катализатор – молекулы, в составе которых атом иридия (очень твердого серебристо-белого металла платиновой группы). Этот катализатор «выталкивает» водород из цепи углеродного остова полиэтилена. Когда полиэтилен теряет водород, некоторые одинарные связи между атомами углерода становятся двойными – после этого возможно применение второго катализатора, основанного на атомах рения (плотного серебристо-белого переходного металла) и алюминия с добавлением соединений нефти. Под действием этого вещества двойные связи между атомами углерода разрываются, и к концам получившихся кусочков присоединяются молекулы соединений нефти. В ходе первой химической реакции, как уже пояснялось, атомы водорода выталкиваются из цепочки, что приводит к образованию двойных связей между атомами углерода. Но этот же водород может использоваться повторно для превращения двойных связей обратно в одинарные — и тогда весь процесс повторяется снова.

Авторы исследования утверждают: после нескольких часов химических реакций длинные молекулярные цепочки, из которых состоит полиэтилен, превращаются в короткие «обрывки». Кстати, без нагревания не обойтись и в этом процессе – однако здесь хватает температуры 150°C. В конечном итоге полиэтилен распадается на три типа составляющих.

• Первый – это химические соединения (например, бутан), которые могут использоваться для проведения других химических реакций.

• Второй – восковые вещества, которые также можно применять в промышленности, при изготовлении других типов пластика.

• И третий тип – это дизельное топливо.

Немного изменяя разные части процесса, ученые научились влиять на пропорции получающихся восковых веществ и топлива – они утверждают, что топливом может стать бóльшая часть полиэтилена! Превращение полиэтилена в дизельное топливо является реальным способом решения проблемы утилизации пластиковых отходов.