Пластмассы — бесспорно полезные материалы, которые нашли свое применение практически во всех сферах человеческой деятельности. Однако сейчас, когда ежегодное мировое производство пластика превышает 400 миллионов тонн, экологическая угроза, связанная с ростом потребления и утилизации пластика, велика как никогда. Учитывая, что только десятая часть всех пластиковых отходов перерабатывается, срочно требуются новые технологии, способные помочь решить эту растущую проблему.
Каталитические методы переработки, такие как гидрогенолиз и гидрокрекинг, — это новые химические процессы, которые позволяют расщеплять пластиковые отходы на более простые компоненты с помощью катализаторов. Традиционная переработка включает в себя плавление и преобразование пластика в более низкокачественные материалы, в то время как каталитическая переработка может превратить пластик в ценные химические вещества и топливо, обеспечить более устойчивое и эффективное повторное использование. Хотя каталитические методы переработки, безусловно, многообещающие, они нуждаются в дальнейшей доработке, прежде чем будут готовы к использованию в промышленных масштабах.
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, группа ученых под руководством профессора Инсу Ро из Сеульского национального университета науки и технологий (Корея) сделала прорывное открытие в области каталитической переработки полиолефинов, составляющих 55 % мирового объема пластиковых отходов. Ученые обнаружили удивительные преимущества добавления воды в процессе деполимеризации полиолефинов при использовании катализаторов на основе рутения (Ru).
После синтеза и экспериментов с различными катализаторами на основе Ru команда обнаружила, что катализаторы как с металлическими, так и с кислотными участками демонстрируют значительно более высокие показатели конверсии при добавлении воды в реакционную смесь. «Добавление воды изменяет механизмы реакции, способствуя развитию путей, повышающих каталитическую активность и подавляющих образование кокса», — объясняет доктор Ро. «Эта двойная роль повышает эффективность процесса, увеличивает срок службы катализатора и снижает эксплуатационные расходы».
Исследователи детально изучили механизмы реакции, а также близости и баланса между металлическими и кислотными участками. В оптимальных условиях катализаторы Ru/zeolite-Y продемонстрировали 96,9%-ную конверсию полиолефинов.
Наконец, чтобы изучить жизнеспособность этого типа каталитической переработки, команда провела технико-экономический анализ и оценку жизненного цикла предложенного подхода. Полученные результаты наглядно продемонстрировали потенциал реализации процесса в коммерческих масштабах с использованием катализатора Ru/zeolite-Y. «Добавление воды не только повышает эффективность использования углерода, но и улучшает экономические и экологические показатели, а также увеличивает конверсию полиолефинов в ценные виды топлива, такие как бензин и дизельное топливо», — подчеркивает доктор Ро. «Таким образом, этот подход представляет собой жизнеспособную альтернативу традиционным методам утилизации отходов и предлагает решение для снижения уровня загрязнения свалок и океана, вызванного полиолефинами — крупнейшим источником пластиковых отходов».
В целом, этот прорыв в каталитической деполимеризации может произвести революцию в борьбе с загрязнением пластиком и помочь эффективно бороться с серьезной экологической угрозой. Исследовательская группа возлагает большие надежды на то, что в ближайшие несколько лет эта технология разовьется до такой степени, что смешанные пластиковые отходы можно будет перерабатывать без предварительной сортировки, что сделает усилия по переработке более экономически эффективными и простыми в реализации.
«Демонстрируя устойчивый и экономичный подход к превращению пластиковых отходов в ценные ресурсы, наше исследование может помочь изменить политику, вдохновить на инвестиции в современную инфраструктуру переработки и способствовать международному сотрудничеству для решения глобального кризиса пластиковых отходов. Со временем эти достижения обеспечат более чистую окружающую среду, снижение загрязнения и устойчивое будущее», — оптимистично заключает доктор Ро.
[Фото: ru.123rf.com]
