Дослідники з Кембриджського університету розробили систему, яка може перетворювати два потоки відходів у два хімічні продукти одночасно — це вперше було досягнуто в реакторі на сонячних батареях. Реактор перетворює вуглекислий газ (CO2) і пластмаси в різні продукти, корисні в ряді галузей промисловості. Під час випробувань CO2 було перетворено на синтетичний газ, який є ключовим будівельним матеріалом для стійкого рідкого палива, а пластикові пляшки були перетворені на гліколеву кислоту, яка широко використовується в косметичній промисловості. Систему можна легко налаштувати для виробництва різних продуктів шляхом зміни типу каталізатора, який використовується в реакторі.
Перетворення пластику та парникових газів — двох найбільших загроз, з якими стикається світ природи — на корисні та цінні продукти за допомогою сонячної енергії є важливим кроком у переході до більш сталої економіки замкнутого циклу. Результати опубліковані в журналі Nature Synthesis.
«Перетворення відходів на щось корисне за допомогою сонячної енергії є головною метою нашого дослідження», — сказав професор Ервін Рейснер з кафедри хімії Юсуфа Хаміда, старший автор статті. «Забруднення пластиком є величезною проблемою в усьому світі, і часто багато пластику, який ми викидаємо в контейнери для перероблювання, спалюють або потрапляють на звалище».
Рейснер також очолює Кембриджський круглий пластиковий центр (CirPlas), який спрямований на усунення пластикових відходів шляхом поєднання «блакитного» мислення з практичними заходами. Інші технології «перероблення» на сонячних батареях є перспективними для розв’язання проблеми забруднення пластиком і для зменшення кількості парникових газів в атмосфері, але на сьогодні вони не були об’єднані в єдиний процес.
«Технологія, заснована на сонячних батареях, яка може одночасно боротися із забрудненням пластиком і викидами парникових газів, може кардинально змінити правила розвитку економіки замкнутого циклу», — сказав Субхаджіт Бхаттачарджі, один з авторів статті.
«Нам також потрібне щось таке, що можна налаштовувати, щоб ви могли легко вносити зміни залежно від кінцевого продукту, який ви хочете», — сказав один з авторів, доктор Мотіар Рахаман.
Дослідники розробили інтегрований реактор із двома окремими відсіками: один для пластику та інший для парникових газів. У реакторі використовується поглинач світла на основі перовскіту — багатообіцяючої альтернативи кремнію для сонячних елементів нового покоління.
Команда розробила різні каталізатори, які були інтегровані в поглинач світла. Змінивши каталізатор, дослідники могли змінити кінцевий продукт. Випробування реактора за нормальних умов температури та тиску показали, що реактор може ефективно перетворювати ПЕТ-пластикові пляшки та CO2 на різні палива на основі вуглецю, такі як CO, синтез-газ або форміат, на додаток до гліколевої кислоти. Реактор, розроблений у Кембриджі, виробляв ці продукти зі швидкістю, яка також набагато вища, ніж звичайні фотокаталітичні процеси відновлення CO2.
«Загалом перетворення CO22 потребує багато енергії, але з нашою системою ви просто просвітлюєте це, і вона починає перетворювати шкідливі продукти на щось корисне та стійке», — сказав Рахаман. «До цієї системи у нас не було нічого, що могло б вибірково та ефективно виробляти дорогоцінні продукти».
«Що таке особливе в цій системі, так це універсальність і можливість налаштування — зараз ми створюємо досить прості молекули на основі вуглецю, але в майбутньому ми зможемо налаштувати систему для створення набагато складніших продуктів, просто змінивши каталізатор”, – сказав Бхаттачарджі.
Протягом наступних п’яти років дослідники сподіваються продовжити розвиток реактора для виробництва більш складних молекул. Дослідники кажуть, що подібні методи коли-небудь можна буде використати для розробки переробного заводу, який повністю працює на сонячних батареях.
«Розвиток економіки замкнутого циклу, коли ми робимо корисні речі з відходів, а не викидаємо їх на звалище, життєво важливий, якщо ми збираємося серйозно подолати кліматичну кризу та захистити світ природи», — сказав Рейснер. «І живлення цих рішень за допомогою сонця означає, що ми робимо це чисто та екологічно».