Ученые научились превращать мусор в топливо: как это работает

Каждый год производится сотни миллионов тонн пластика. Большая его часть становится мусором, который будет разлагаться столетиями, создавая тем самым глобальные экологические проблемы. Поэтому ученые направили внимание на поиск способа превращения пластика в энергию — в том числе в жидкое топливо, пригодное для двигателей и промышленного использования. И у них получилось его найти. Подробнее — в материале «‎Рамблера».

Пиролиз: основной метод трансформации пластика

Технология, вокруг которой сегодня сосредоточено основное внимание, называется пиролизом. Этот процесс включает нагрев пластиковых отходов до высоких температур в отсутствие кислорода, в результате чего длинные молекулы полимеров расщепляются на более короткие углеводородные цепочки — жидкие, газообразные и твердые фракции.

Пиролиз не нов — его изучают десятилетиями. В стандартной форме он дает смесь продуктов, которые затем могут быть переработаны в бензин, дизель или мазут. Однако классические пиролизные установки часто требуют катализаторов (веществ, ускоряющих химические реакции) для повышения выхода топлива и улучшения его качества, а это повышает стоимость и усложняет процесс.

Недавние научные достижения

Одно из ключевых недавних достижений связано с работой ученых из Йельского университета, которые разработали пиролизную установку без применения дорогостоящих катализаторов. По данным Yale Engineering, используя 3D-печатный реактор с пористой структурой, они смогли добиться превращения около 66 процентов пластика в химически полезные компоненты, пригодные для топлива.

В этой системе важную роль играет сама конструкция реактора. Он разделен на три зоны с разным размером пор, что позволяет поэтапно разлагать пластик. Крупные фрагменты материала сначала распадаются на более мелкие соединения, а затем — на простые углеводороды. Такой подход снижает образование побочных продуктов и делает процесс более управляемым. Благодаря этому разложение пластика происходит за счет температуры и геометрии реактора, без использования химических катализаторов, которые обычно усложняют и удорожают технологию.

Феноменальное открытие ученых о генетическом клонировании

Примечательно, что не все типы пластика легко подходят для превращения в топливо. Полиэтилен (PE), полипропилен (PP) и полистирол (PS) считаются одними из самых подходящих из-за химической структуры.

Примеры работающих проектов

Технологии пиролиза уже применяются не только в лабораториях. Например, мексиканский стартап Petgas использует пиролизную установку для переработки пластиковых отходов в газолин, дизельное топливо, керосин и парафин. В его оборудовании пластик нагревают без кислорода, причем первоначально используется газ пропан для запуска процесса, а затем энергию поддерживают за счет выделяемых газов.

Такая установка способна перерабатывать порядка 1,5 тонн пластика в неделю, что дает более 350 галлонов топлива (≈1350 литров). При этом, по данным компании, выбросы диоксида углерода ниже, чем у традиционных видов топлива — хотя это все еще не делает процесс полностью чистым с точки зрения углеродного следа.

Более крупные промышленные проекты также потихоньку выходят в стадию реализации: в Конго в городе Киншаса планируется пластиковая теплоэлектростанция, которая будет перерабатывать сотни тонн пластиковых отходов ежедневно и генерировать электроэнергию, дизельное топливо и промышленные смазки.

Технико-экономические и экологические вопросы

Несмотря на привлекательность идеи, у пластика-в-топливо есть как экономические, так и экологические ограничения.

1. Энергозатраты. Пиролиз требует высоких температур — сотни градусов Цельсия — что делает процесс энергозатратным. Использование электроэнергии для нагрева может повысить углеродный след, если энергия не из возобновляемых источников.
2. Выбросы и качество топлива. Жидкие продукты пиролиза не всегда соответствуют стандартам бензинов и дизелей без дальнейшей очистки и переработки. Некоторые методы пиролиза с катализатором или дополнительными стадиями крекинга необходимы для получения топлива нужного качества.
3. Продолжающаяся зависимость от ископаемых источников. Массовый переход на такие технологии может только отсрочить переход от ископаемого топлива и стимулировать продолжение производства пластика, вместо сокращения его потребления.

Сегодня технологии, превращающие пластик в топливо, остаются промежуточным решением. Они могут снизить нагрузку на полигоны и частично сократить зависимость от первичного углеводородного сырья, но такие методы не устраняют ключевую проблему — постоянный рост производства пластмасс и их накопление в окружающей среде. Поэтому с точки зрения экологии это всего-навсего временный способ переработки последствий уже существующей системы.

Ранее мы писали рассказывали, что ученые научились делать кожу прозрачной.