Теперь международная исследовательская группа, возглавляемая Тихоокеанской Северо-Западной национальной лабораторией Министерства энергетики, взломала код, который препятствовал предыдущим попыткам расщепления этих стойких пластмасс. Они сообщили о своем открытии в сегодняшнем выпуске Наука.

Низкая температура и контроль реакции

Как правило, переработка пластмасс требует "растрескивания" или расщепления прочных и стабильных связей, которые также делают их такими стойкими в окружающей среде. Эта стадия крекинга требует высоких температур, что делает ее дорогостоящей и энергоемкой.

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

В текущем исследовании важно отметить, что реакция алкилирования непосредственно следует за стадией крекинга в одном реакционном сосуде при температуре, близкой к комнатной (70 градусов по Цельсию/158 градусов по Фаренгейту).

"Растрескивание просто для того, чтобы разорвать связи, приводит к тому, что они неконтролируемым образом образуют другие, и это проблема при других подходах", - 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 немедленно создаете другую целенаправленным образом, который дает вам конечный продукт, который вы хотите. Это также секрет, который обеспечивает такое преобразование при низкой температуре".

В своем исследовании исследовательская группа, совместно возглавляемая учеными 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, надежную природу", - сказал Йоханнес Лерхер, старший автор исследования, директор Института интегрированного катализа PNNL и профессор химии в TUM. "Это исследование указывает на новое практическое решение для прекращения углеродного цикла отходов пластика, которое ближе к реализации, чем многие другие предлагаемые".

В своем исследовании исследователи отмечают ограничение своих выводов. Этот процесс применим для изделий из полиэтилена низкой плотности (LDPE, код пластиковой смолы № 4), таких как пластиковые пленки и бутылки, пригодные для выдавливания, и изделий из полипропилена (PP, код пластиковой смолы № 5), которые обычно не собираются в рамках программ утилизации на обочинах дорог в Соединенных Штатах. Полиэтилен высокой плотности (HPDE, код пластиковой смолы № 2) требует предварительной обработки, чтобы обеспечить катализатору доступ к связям, которые ему необходимо разорвать.

Рассматривая отходы пластика как топливо будущего и новые продукты

Пластиковые отходы на нефтяной основе - это неиспользованный ресурс, который может служить исходным материалом для получения полезных долговечных материалов и топлива. Более половины из 360 миллионов тонн пластмасс, производимых в мире ежегодно, - это пластмассы, на которые нацелено данное исследование. Но для того, чтобы взглянуть на гору пластика и увидеть его ценность, требуется мышление новатора, изобретательность химика и реалистическое понимание связанной с этим экономики. Эти ученые пытаются изменить динамику, применяя свой опыт в эффективном разрыве химических связей.

"Чтобы решить проблему стойких пластиковых отходов, нам нужно достичь критической точки, когда имеет больше смысла собирать их и возвращать для использования, чем рассматривать как одноразовые", - сказал Лерчер. "Мы показали здесь, что можем осуществить это преобразование быстро, при умеренных условиях, что является одним из стимулов для продвижения вперед к этому переломному моменту".