Пластиковые пакеты превращают в бензин: учёные нашли простой способ утилизации полиэтилена

Исследователи из Национальной лаборатории Оук-Ридж (ORNL) разработали метод, который позволяет превращать обычный полиэтиленовый мусор — пакеты, разделочные доски и прочую бытовую пластмассу — в жидкое топливо, близкое по составу к бензину и дизелю. Вместо экстремально высоких температур они используют нагретые соли, что делает процесс значительно дешевле и проще. Результаты опубликованы в журнале Journal of the American Chemical Society.

Полиэтилен — один из наиболее распространённых видов пластика в мире и при этом один из самых трудно перерабатываемых. Большая его часть оседает на свалках или сжигается. Новый метод предлагает реальную альтернативу: не просто «переработать» пластик, а извлечь из него химически ценное топливо.

Как это работает

В основе процесса лежат расплавленные соли, содержащие хлорид алюминия. Расплавленные соли — это соли, нагретые до жидкого состояния. В данном случае жидкая солевая смесь выполняет сразу две функции: служит средой, в которой протекает реакция, и катализатором, ускоряющим её.

Ключевое отличие от традиционных методов — температура. Стандартный способ разложения пластика, пиролиз, требует нагрева до 450–500°С. Новый метод работает при температуре ниже 200°С и при этом обеспечивает выход бензиноподобного продукта около 60%.

Помимо низкой температуры, у метода есть ещё ряд принципиальных преимуществ. Он не требует:

• дорогостоящих катализаторов из благородных металлов;
• органических растворителей;
• внешнего источника водорода.

Почему соли работают

Учёные не просто разработали процесс, но и разобрались в его механизме. Полиэтилен состоит из длинных цепочек атомов углерода и водорода. Алюминиевые центры в расплавленных солях становятся сильно кислотными и способны разрывать эти длинные цепи на более короткие молекулы углеводородов — именно таких, из которых и состоит топливо.

Чтобы проследить за ходом реакции, исследователи применяли дейтерий — тяжёлую форму водорода — в качестве химического маркера, а затем использовали нейтронное рассеяние на установке Spallation Neutron Source в ORNL. Нейтроны особенно хорошо подходят для отслеживания лёгких элементов — в первую очередь водорода и его изотопов, которых в полиэтилене очень много.

Выяснилось, что вид получаемого топлива зависит от структуры исходного полимера: более простые цепочки дают бензиноподобные соединения, более сложные — дизелеподобные продукты. Дополнительные измерения на Национальной лаборатории Лоуренса Беркли позволили подтвердить, что алюминиевые центры активно участвуют в каждом этапе реакции.

Нерешённые задачи и перспективы

Метод не лишён ограничений. Главная проблема — солевая смесь легко поглощает влагу, что делает систему менее стабильной. Исследователи работают над способами защиты солей, в том числе с использованием галогенов и углеродных материалов.

ORNL имеет многолетний опыт работы с расплавленными солями — ещё с 1960-х годов, когда лаборатория проводила реакторные эксперименты с их применением в ядерной энергетике. Именно это наследие легло в основу идеи использовать те же материалы для совершенно другой задачи — переработки полимерных отходов.

Читайте также по теме: переработке углекислого газа в топливо.

Авторы уже подали заявку на патент. По их оценкам, потенциал метода для промышленного применения высок: сырьё — полиэтиленовые отходы — в буквальном смысле лежит повсюду, а алюминиевые расплавленные соли относятся к числу коммерчески доступных и недорогих материалов.