Полиуретан (PUR) — это современный полимерный материал, который находит применение в самых разных отраслях: от производства матрасов и холодильников до использования в обувной и автомобильной промышленности, авиации и ветряных турбинах. Однако, несмотря на его универсальность, большая часть полиуретановых изделий до сих пор оказывается на свалках или сжигается, что наносит серьезный ущерб экологии.
Основные компоненты полиуретана, такие как полиолы и изоцианаты, производятся из ископаемой нефти, что также усугубляет климатические проблемы. В 2022 году мировой рынок полиуретана составил почти 26 миллионов тонн, и, по прогнозам, к 2030 году он вырастет до 31,3 миллиона тонн. Из этого объема около 60% будет представлять пенополиуретан — материал, который сложно перерабатывать.
Новые подходы к переработке полиуретана
Существует небольшая, но растущая отрасль, занимающаяся химическим разложением (деполимеризацией) полиуретана с целью повторного использования его компонентов. Однако, большинство переработанных материалов не может конкурировать с первичными сырьями из-за высоких затрат на очистку и разделение.
Исследователи из Орхусского университета предложили новый метод переработки полиуретана, основанный на кислотном разложении (ацидолизе) пенополиуретана. Этот метод отличается от традиционных тем, что позволяет одновременно извлекать оба ключевых компонента полиуретана — полиолы и изоцианаты.
Процесс переработки
В процессе переработки пенополиуретан нагревается до 220 °C в реакторе с добавлением небольшого количества янтарной кислоты. После этого производится фильтрация для разделения двух компонентов:
- Полиолы: проходят через фильтр и сохраняют качество, сравнимое с первичными полиолами. Они могут быть использованы для производства нового полиуретана.
- Диамины: из твердой части смеси преобразуются в процессе гидролиза, который также применяется для производства изоцианатов.
Этот метод позволяет восстановить до 82% исходного материала из гибкой полиуретановой пены в виде двух чистых фракций — диаминов и полиолов.
Перспективы и вызовы
По словам одного из авторов исследования, доцента Штеффана Квиста Кристенсена из Междисциплинарного центра нанонауки (iNANO), этот метод имеет большой потенциал для масштабирования. Однако для успешной реализации замкнутого цикла переработки необходимо решить еще ряд вопросов, таких как сортировка отходов и логистика.
Каждый производитель полиуретана использует уникальные формулы для достижения определенных свойств своего продукта. Поэтому прежде чем переработка полиуретана станет экономически оправданной, нужно преодолеть множество трудностей, связанных с сортировкой и классификацией PUR.
Будущее замкнутого цикла переработки полиуретана
Исследователи также изучили возможность использования комбинации ацидолиза и гидролиза для переработки как регенерированного, так и жесткого пенополиуретанов. Однако путь к созданию экономики замкнутого цикла в этой области еще предстоит пройти.
Жесткий пенополиуретан, который используется в качестве изоляционного материала, также нуждается в эффективных методах переработки. В настоящее время ученые тестируют новую технологию на других материалах на основе полиуретана и изучают возможность повторного использования дикарбоновой кислоты, которая участвует в процессе. В будущем планируется тестирование полученных материалов для создания новых продуктов, чтобы продемонстрировать возможность замкнутого цикла.
Важно отметить, что полиуретан представляет собой полимер, а его химическое разложение называется деполимеризацией. Янтарная кислота, используемая в процессе, является природным соединением, которое расщепляет полиуретан без необходимости использования других химических реагентов.