Из пластикового мусора добыли чистый водород
Пластиковые бутылки, упаковочная пленка и одноразовые контейнеры давно превратились в символ современной проблемы: производить их легко и дешево, а перерабатывать сложно и дорого. Особенно трудно работать со смешанными отходами. Полиэтилентерефталат, полиэтилен и полипропилен имеют разное химическое строение и обычно требуют разных способов переработки.
Поэтому перед переработкой пластик необходимо распознавать, сортировать, мыть и разделять. Если в поток попадет неподходящий материал, качество конечного продукта может резко снизиться. Получается парадокс: пластик считается удобным именно благодаря разнообразию его свойств, но это же разнообразие мешает его утилизации.
Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Женского университета Ихва в Южной Корее продемонстрировали другой подход. Они использовали щелочную термическую обработку, известную как ATT. В реактор загружается смесь пластиков и гидроксид натрия, после чего материал нагревается.
Щелочь здесь играет роль активного химического участника. Она помогает разрушать полимерные цепочки и направляет превращения таким образом, чтобы водород высвобождался в газообразной форме, а значительная часть углерода оставалась связанной в твердых минералах или жидких соединениях.
В испытаниях ученые одновременно переработали PET, PE и PP - три материала, на которые приходится заметная доля бытовых пластиковых отходов. Полученный газ содержал более 90% водорода. Предварительно разделять пластик по типам не потребовалось.
Особенно хорошо процесс показал себя при переработке PET. При этом рабочая температура оказалась на 300-400 °C ниже температуры традиционной паровой газификации.
Обычная газификация тоже способна перерабатывать смешанные отходы, но требует очень сильного нагрева. Процесс потребляет много энергии, а углерод из пластика в значительной степени превращается в углекислый газ. Если после этого не организовать отдельную систему улавливания CO₂, экологический выигрыш становится весьма спорным.
Новая технология пытается решить сразу три задачи:
- принимать смесь распространенных пластиков;
- производить водород при более низкой температуре;
- удерживать большую часть углерода в негазообразной форме.
Однако объявлять победу над пластиковыми отходами пока рано. Эксперименты проводились в лабораторных условиях. Для промышленного применения необходимо определить расход гидроксида натрия, стоимость регенерации щелочи, энергетический баланс установки, срок службы оборудования и поведение реальных загрязненных отходов.
Настоящий мусор редко выглядит как аккуратная лабораторная смесь. В нем присутствуют красители, наполнители, остатки пищи, бумага, металлы, хлорсодержащие материалы и прочие сюрпризы, которые люди заботливо складывают в один пакет. Химический реактор, в отличие от мусорного ведра, может оказаться более разборчивым.
Тем не менее работа показывает интересное направление: пластиковые отходы можно рассматривать не только как источник вторичного полимера, но и как химическое сырье для производства водорода. Если технологию удастся масштабировать с приемлемой экономикой, перерабатывающие предприятия смогут одновременно производить топливо и снижать выбросы углерода.
