Учёные нашли способ перерабатывать пластик водой и кислородом

Международная команда учёных разработала способ превращать пластиковые отходы в полезное химическое сырьё при помощи воды, кислорода и нагрева. Метод не требует дорогих или токсичных катализаторов, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Nature.

В работе участвовали специалисты Чжэцзянского университета, Кардиффского университета, Токийского университета и других научных центров. Технологию испытали на полиэтилене, полипропилене, полистироле, смешанных отходах и старых автомобильных шинах.

Как вода разрушает прочный пластик

Пластик ценят за прочность и устойчивость, но эти же свойства сильно усложняют его переработку. Для разрушения длинных полимерных цепочек обычно применяют высокие температуры или специальные катализаторы.

Авторы нового метода нагрели пластик в воде примерно до 125 градусов и перемешивали его в среде с кислородом. Расплавленный материал распадался на микроскопические капли, соприкасающиеся с водой.

На границе между водой и пластиком возникали сильные электрические поля. Они запускали образование гидроксильных радикалов, очень активных частиц, которые действовали как химические ножницы и разрезали длинные полимерные цепочки на более короткие соединения.

В результате пластик превращался в дикарбоновые кислоты. Такие вещества используются при производстве лекарств, пищевых добавок, растворителей и биоразлагаемых материалов.

Полиэтилен удалось почти полностью разложить

В одном из опытов учёные использовали полиэтилен, из которого делают пакеты, перчатки и крышки для бутылок. Материал был практически полностью разрушен.

Около 69,6% углерода исходного полиэтилена удалось получить в виде насыщенных дикарбоновых кислот. Основным продуктом стала янтарная кислота, востребованная в химической, пищевой и фармацевтической промышленности.

При этом исследователи не обнаружили остатков микропластика. Опыты также показали, что процесс не останавливался из-за красителей, добавок и других примесей, которые часто содержатся в настоящих бытовых отходах.

Метод работает с грязными отходами и морской водой

Одно из главных преимуществ технологии заключается в отсутствии катализатора. В традиционных установках примеси могут загрязнять его поверхность и постепенно останавливать реакцию. Из-за этого пластик приходится тщательно сортировать и очищать.

Новый процесс продолжал работать с грязными и смешанными отходами. Учёные испытали его на старых шинах и упаковке с металлическим слоем. Алюминий из такой упаковки удалось отделить в твёрдом виде.

Для реакции подошла не только очищенная вода. Система работала с водопроводной и морской водой, что потенциально может упростить применение технологии в разных регионах.

В лаборатории процесс масштабировали до партии отходов массой 300 граммов в пятилитровом реакторе. Это намного больше первых микроскопических экспериментов, но всё ещё несопоставимо с объёмами промышленного предприятия.

До массовой переработки ещё далеко

Авторы называют условия реакции относительно мягкими, поскольку обычное термическое разрушение полиэтилена часто требует температуры выше 400 градусов. Однако новая установка всё равно работает при нагреве, повышенном давлении кислорода и длительной обработке.

В основном эксперименте реакция продолжалась около 18 часов при давлении кислорода 2 мегапаскаля. Поэтому разработку пока нельзя считать готовой заменой существующим мусороперерабатывающим заводам.

Перед промышленным запуском учёным предстоит проверить непрерывную работу установки, затраты энергии, безопасность процесса и стоимость очистки полученных кислот. Экономическая модель авторов выглядит многообещающе, но пока основана на расчётах, а не на работе реального завода.

Исследование показывает, что даже трудно перерабатываемый и загрязнённый пластик можно превратить в востребованное сырьё без добавления специального катализатора. Если метод удастся масштабировать, он сможет дополнить обычную механическую переработку, которая подходит главным образом для чистых и хорошо отсортированных отходов.