В статье под руководством аспиранта Аделаидского университета Сяо Лу исследуется, как технологии, работающие на солнечной энергии, могут превращать выброшенный пластик в водород, синтез-газ и другие полезные промышленные химикаты, открывая путь к более экологичной экономике замкнутого цикла.
Ежегодно в мире производится более 460 миллионов тонн пластика, при этом миллионы тонн попадают в окружающую среду. В то же время острая необходимость снизить зависимость от ископаемого топлива подталкивает к поиску более экологичных источников энергии.
Исследование, опубликованное в журнале Chem Catalysis, показывает, что пластик, богатый углеродом и водородом, можно использовать как неисчерпаемый ресурс, а не как отходы.
«Пластик часто воспринимается как серьезная экологическая проблема, но в то же время он открывает перед нами большие возможности, — говорит Лу. — Если мы сможем эффективно перерабатывать пластиковые отходы в экологически чистое топливо с помощью солнечного света, мы сможем одновременно решить проблемы загрязнения окружающей среды и энергоснабжения».
В процессе, известном как фотореформинг с использованием солнечной энергии, для расщепления пластика при относительно низких температурах используются светоактивируемые материалы, называемые фотокатализаторами. В результате этих реакций можно получить водород — экологически чистое топливо с нулевым уровнем выбросов в месте использования, — а также другие ценные химические вещества, используемые в промышленности.
В отличие от традиционного метода расщепления воды для получения водорода, фотореформинг с использованием пластика более энергоэффективен, поскольку пластик легче окисляется, и этот процесс потенциально более пригоден для масштабного применения.
Исследователи добились высоких показателей по выработке водорода, уксусной кислоты и даже углеводородов, соответствующих дизельному топливу. В некоторых случаях системы преобразования работали непрерывно более 100 часов, что свидетельствует о повышении их стабильности и эффективности.
Однако в этом исследовании также обозначены серьезные проблемы, которые необходимо решить, прежде чем технология получит широкое распространение.
«Одним из основных препятствий является сложность переработки самих пластиковых отходов, — говорит профессор Дуань. — Разные виды пластика ведут себя по-разному в процессе переработки, а такие добавки, как красители и стабилизаторы, могут влиять на ход процесса. Поэтому для достижения максимальной эффективности и качества продукции необходимы эффективная сортировка и предварительная обработка».
Еще одна проблема связана с разработкой фотокатализаторов. Эти материалы должны быть высокоселективными и долговечными, способными выдерживать агрессивные химические воздействия и сохранять эффективность в течение длительного времени. Современные системы могут подвергаться деградации, что ограничивает их использование в долгосрочной перспективе.
«Между лабораторными успехами и их практическим применением по-прежнему существует разрыв, — говорит профессор Дуань. — Нам нужны более надежные катализаторы и более совершенные системы, чтобы обеспечить эффективность и экономическую целесообразность этой технологии в промышленных масштабах».
Разделение продуктов также остается ключевой проблемой. В процессе преобразования часто появляется смесь газов и жидкостей, требующая энергозатратных этапов очистки, которые могут снизить общую экологическую эффективность.
Чтобы решить эти проблемы, исследователи призывают к более комплексному подходу, сочетающему в себе достижения в области разработки катализаторов, проектирования реакторов и оптимизации систем. Среди новых концепций — реакторы с непрерывным потоком, мультиэнергетические системы, сочетающие солнечную энергию с тепловой или электрической, а также более интеллектуальный мониторинг процессов для повышения эффективности.
[Фото: Adelaide University / Xiao Lu]
