Міжнародна група науковців представила новий спосіб переробки пластикових відходів, який може суттєво здешевити цей процес. Метод не потребує дорогих каталізаторів чи токсичних реагентів — достатньо лише води, кисню та помірного нагрівання. При цьому пластик не просто руйнується, а перетворюється на цінні хімічні сполуки, які вже активно використовують у промисловості.
Дослідження провели фахівці Чжецзянського університету (Китай) спільно з ученими Кардіффського університету та інших наукових установ. Результати роботи опубліковано в журналі Nature.
Як працює нова технологія
Основою методу стала незвичайна властивість мікроскопічних крапель води. Коли поліетилен нагрівають до температури плавлення та інтенсивно перемішують із водою, він розпадається на безліч крихітних крапель діаметром лише кілька мікрометрів.
Саме на межі між пластиком і водою виникають сильні електричні поля, які сприяють утворенню надзвичайно активних гідроксильних радикалів. Вони діють як своєрідні «хімічні ножиці», поступово розрізаючи довгі полімерні ланцюги на дедалі менші фрагменти.
У підсумку пластик повністю перетворюється на коротколанцюгові органічні кислоти, які добре розчиняються у воді та широко використовуються в хімічній промисловості.
Без каталізаторів і надвисоких температур
Більшість сучасних технологій хімічної переробки пластику потребує дорогих металевих каталізаторів і температур понад 400 °C. Новий метод обходиться без цього.
Реакція відбувається приблизно при 121 °C, що значно зменшує енергетичні витрати. Крім того, відсутність каталізаторів робить процес дешевшим і позбавляє проблем, пов’язаних із їхнім забрудненням або деградацією.
Вода не просто середовище
Щоб переконатися, що саме вода відіграє ключову роль у реакції, дослідники провели низку експериментів.
Коли звичайну воду замінили важкою, швидкість розщеплення пластику зменшилася приблизно у сім разів. Інший експеримент із використанням ізотопів кисню показав, що саме атоми кисню з води входять до складу кінцевих продуктів реакції.
Також прилади зафіксували появу гідроксильних радикалів — активних частинок, які й забезпечують руйнування полімерних ланцюгів.
Понад половина продуктів — цінна бурштинова кислота
Під час випробувань майже весь поліетилен вдалося перетворити на корисні хімічні речовини. Близько 69% отриманих продуктів становили дикарбонові кислоти.
Основною речовиною стала бурштинова кислота — понад половину всіх кінцевих продуктів. Її широко застосовують у виробництві лікарських препаратів, харчових добавок, біорозкладних пластмас та інших матеріалів.
Метод працює не лише з пакетами
Науковці перевірили технологію на різних типах відходів. Успішно вдалося переробити:
- поліетиленові пакети;
- пластикові кришки;
- поліпропілен;
- пінополістирол;
- гумові автомобільні шини.
Особливо важливо, що численні барвники, стабілізатори та інші добавки, які зазвичай заважають роботі каталізаторів, практично не вплинули на ефективність процесу.
Більше того, реакція однаково добре проходила як у лабораторно очищеній воді, так і у звичайній водопровідній та навіть морській воді.
Без утворення мікропластику
Однією з головних переваг нового способу є повне руйнування полімерів. На відміну від багатьох інших методів переробки, він не залишає після себе мікропластик або нанопластик, які сьогодні стали серйозною екологічною проблемою.
Пластик повністю перетворюється на розчинні органічні сполуки, які можна повторно використовувати як сировину.
Перспективи промислового використання
Автори дослідження вважають, що технологію можна масштабувати до промислового рівня. За їхніми розрахунками, підприємство, здатне переробляти десятки тисяч тонн пластику щороку, може окупити свої витрати приблизно за три роки.
Додатковою перевагою є те, що процес потенційно навіть допомагає скорочувати викиди вуглецю, тоді як спалювання пластикових відходів лише збільшує їх.
Оскільки для роботи потрібні лише вода, кисень і тепло, технологія може стати особливо корисною для країн та регіонів, де немає розвиненої інфраструктури для сортування та переробки сміття.
Якщо подальші випробування підтвердять ефективність методу у великих масштабах, він може стати одним із найпростіших і найдоступніших способів боротьби з пластиковими відходами.