Превращение пластиковых пакетов в топливо

Новый метод преобразования пластиковых отходов низкой плотности в топливо и сырье обещает помочь замкнуть углеродный цикл. Кредит: Искусство Мелани Хесс-Робинсон | Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория.

Новый процесс производит топливо быстро при умеренной температуре с небольшим количеством побочных продуктов.

В использованных масках для лица, продуктовых пакетах и пищевой упаковке содержится много потенциально полезного сырья. Но гораздо дешевле производить больше одноразового пластика, чем восстанавливать и перерабатывать его.

Теперь международная исследовательская группа во главе с Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией Министерства энергетики взломала код, который помешал предыдущим попыткам разрушить этот стойкий пластик. О своем открытии они сообщили в сегодняшнем номере (23 февраля 2023 г.) журнала Science.

Низкая температура и контроль реакции

Как правило, переработка пластмасс требует «расщепления» или разделения прочных и стабильных связей, которые также делают их такими устойчивыми в окружающей среде. Этот этап крекинга требует высоких температур, что делает его дорогим и энергоемким.

Новшеством здесь является объединение стадии крекинга со второй стадией реакции, которая немедленно завершает преобразование в жидкое топливо, подобное бензину, без нежелательных побочных продуктов. На втором этапе реакции используются так называемые катализаторы алкилирования. Эти катализаторы обеспечивают химическую реакцию, используемую в настоящее время в нефтяной промышленности для повышения октанового числа бензина.

Важно отметить, что в данном исследовании реакция алкилирования следует сразу же за стадией крекинга в одном реакционном сосуде при температуре около комнатной (70°C/158°F).

Недавно разработанный процесс вторичной переработки пластика работает для продуктов из полиэтилена низкой плотности (LDPE, код пластиковой смолы № 4), таких как пластиковые пленки и сжимаемые бутылки, а также для продуктов из полипропилена (PP, код пластиковой смолы № 5), которые обычно не собираются на бордюрах.

• «Растрескивание только для того, чтобы разорвать связи, приводит к тому, что они неконтролируемым образом образуют еще одну, и это проблема других подходов», — сказал Оливер Ю. Гутьеррес, автор исследования и химик из PNNL. «Секретная формула здесь заключается в том, что когда вы разрываете связь в нашей системе, вы сразу же целенаправленно создаете другую, которая дает вам конечный продукт, который вы хотите. Это также секрет, который делает возможной эту конверсию при низкой температуре».

В своем исследовании исследовательская группа под руководством ученых из Технического университета Мюнхена, Германия, указала на отдельные недавние разработки нефтяной промышленности по коммерциализации второй части описанного здесь процесса переработки сырой нефти.

• «Тот факт, что промышленность успешно внедрила эти новые катализаторы алкилирования, демонстрирует их стабильную и надежную природу», — сказал Йоханнес Лерхер, старший автор исследования, директор Института комплексного катализа PNNL и профессор химии в ТУМ. «Это исследование указывает на новое практическое решение для замыкания углеродного цикла пластиковых отходов, которое ближе к реализации, чем многие другие предлагаемые решения».

В своем исследовании исследователи отмечают ограничение своих выводов. Этот процесс работает для изделий из полиэтилена низкой плотности (LDPE, код пластиковой смолы № 4), таких как пластиковые пленки и сжимаемые бутылки, а также для продуктов из полипропилена (PP, код пластиковой смолы № 5), которые обычно не собираются в рамках программ переработки на обочине.

В Соединенных Штатах. Полиэтилен высокой плотности (HPDE, код пластиковой смолы № 2) потребует предварительной обработки, чтобы позволить катализатору получить доступ к связям, которые он должен разорвать.

Взгляд на отходы пластика как на топливо будущего и новые продукты

Пластиковые отходы на нефтяной основе — это неиспользованный ресурс, который может служить исходным материалом для полезных долговечных материалов и топлива. Более половины из 360 миллионов тонн пластмасс, производимых во всем мире каждый год, составляют пластмассы, на которые направлено это исследование. Но чтобы увидеть гору пластика и увидеть его ценность, требуется мышление новатора, изобретательность химика и реалистическое понимание вовлеченной экономики. Эти ученые пытаются изменить динамику, применяя свой опыт в эффективном разрыве химических связей.

• «Чтобы решить проблему устойчивых пластиковых отходов, нам нужно достичь критической точки, когда имеет больше смысла собирать их и возвращать для использования, чем обращаться с ними как с одноразовыми», — сказал Лерчер. «Здесь мы показали, что можем сделать это преобразование быстро, в мягких условиях, что является одним из стимулов для продвижения вперед к этому переломному моменту».

Источник

Метки: Катализаторы