Новая технология переработки пластика сократит выбросы парниковых газов на 60%

Хотя многие американцы еженедельно выбрасывают пластиковый мусор в специальные контейнеры, многие из этих материалов, включая гибкие пленки, многослойные материалы и многие цветные пластики, не подлежат переработке обычными механическими методами.

В итоге только около 9% пластика в США используется повторно, причем зачастую в малоценных изделиях. Однако с помощью новой технологии инженеры-химики Университета Висконсин-Мэдисон превращают малоценные отходы пластмасс в дорогостоящие продукты.

Новый метод, описанный в выпуске журнала Science от 11 августа, может повысить экономические стимулы для переработки пластика и открыть путь к переработке новых видов пластика. По оценкам исследователей, их метод может также сократить выбросы парниковых газов при традиционном производстве этих промышленных химикатов примерно на 60%.

Новый метод основан на нескольких существующих технологиях химической переработки. Первый из них — пиролиз, при котором пластмассы нагреваются до высоких температур в бескислородной среде. В результате получается пиролизное масло — жидкая смесь различных соединений. Пиролизное масло содержит большое количество олефинов — класса простых углеводородов, которые являются основным компонентом современных химических веществ и полимеров, включая различные виды полиэфиров, поверхностно-активные вещества, спирты и карбоновые кислоты.

В современных энергоемких процессах, таких как паровой крекинг, производители химической продукции получают олефины, подвергая нефть воздействию очень высокой температуры и давления. В новой технологии специалисты UW-Madison извлекают олефины из пиролизной нефти и используют их в гораздо менее энергоемком химическом процессе, называемом катализом гомогенного гидроформилирования. В ходе этого процесса олефины превращаются в альдегиды, которые затем могут быть восстановлены до важных промышленных спиртов.

Эти продукты могут быть использованы для производства широкого спектра материалов, имеющих более высокую стоимость, — говорит Джордж Хубер, профессор химической и биологической инженерии, который руководил работой вместе с постдокторантом Хоуцянь Ли и аспирантом Цзяян Ву.

К таким материалам, имеющим более высокую стоимость, относятся ингредиенты, используемые для производства мыла и чистящих средств, а также другие более полезные полимеры.

Мы очень рады перспективам этой технологии, — говорит Хубер, который также руководит финансируемым Министерством энергетики Центром химической переработки отработанных пластмасс.

Эта технология представляет собой платформу для модернизации пластиковых отходов с помощью химии гидроформилирования.

В скором времени этот процесс может быть принят на вооружение и отраслью переработки: за последние годы по меньшей мере 10 крупных химических компаний построили или объявили о планах строительства установок по производству пиролизных масел из отходов пластмасс. Многие из них пропускают пиролизное масло через установки парового крекинга для получения малоценных соединений. Новая технология химической переработки может обеспечить более устойчивый и прибыльный способ использования этих масел.

В настоящее время у этих компаний нет действительно эффективного подхода к переработке пиролизного масла, — говорит Ли.

В данном случае мы можем получить высокоценные спирты стоимостью от 1200 до 6000 долл. за тонну из отходов пластмасс, стоимость которых составляет всего около 100 долл. за тонну. Кроме того, в этом процессе используются существующие технологии и методики. Его относительно легко масштабировать.

По словам Хубера, исследование проводилось в сотрудничестве с несколькими факультетами UW-Madison. Кларк Лэндис, заведующий кафедрой химии и мировой эксперт в области гидроформилирования, предложил применить этот метод к пиролизным маслам. Профессор химической и биологической инженерии Манос Маварикакис использовал передовое моделирование для понимания химических процессов на молекулярном уровне. А профессор химической и биологической инженерии Виктор Завала помог проанализировать экономические аспекты технологии и жизненный цикл пластиковых отходов.

Следующим шагом команды будет настройка процесса и более глубокое понимание того, какие комбинации переработанных пластмасс и катализаторов дают конечные химические продукты.

Существует множество различных продуктов и множество путей, которые мы можем реализовать с помощью этой платформенной технологии, — заключает Хубер.

Существует огромный рынок для продуктов, которые мы производим. Я думаю, что это действительно может изменить индустрию переработки пластмасс.

11.08.2023