Новый процесс превращает смешанные пластиковые отходы непосредственно в водородное топливо без сортировки

Пластик стал неотъемлемой частью современной жизни — в бутылках для воды, пакетах для покупок и приборных панелях автомобилей. Но после утилизации он является одним из самых сложных для переработки материалов на Земле. Большинство процессов переработки требуют предварительной сортировки пластика по типу, что является трудоемким и дорогостоящим этапом. В результате перерабатывается только 9% выброшенного пластика, 79% попадает на свалки, а еще 12% сжигается, выделяя при этом углекислый газ.

Теперь группа исследователей из инженерной школы имени Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Женского университета Ихва в Южной Корее продемонстрировала новый химический подход, который преобразует смесь трех наиболее распространенных видов пластика непосредственно в высокочистое водородное топливо при температурах значительно ниже, чем при традиционной газификации. В результате процесса углекислый газ удерживается в твердом минерале, не выбрасывая парниковый газ в атмосферу.

В исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences , показано, что щелочная термическая обработка (ЩТО) — процесс, при котором гидроксид натрия реагирует с органическим материалом под воздействием тепла для получения водорода — может эффективно обрабатывать смешанные отходы полиэтилентерефталата (ПЭТ), полиэтилена (ПЭ) и полипропилена (ПП) в одном реакторе, получая водород с чистотой более 90% без необходимости сортировки по типам пластика.

«Мы одновременно решаем две неотложные глобальные проблемы», — сказала соавтор статьи А-Хён «Алисса» Пак, декан имени Рональда и Валери Шугар в Калифорнийском университете имени Самуэли и профессор химической и биомолекулярной инженерии. «Пластиковые отходы накапливаются с угрожающей скоростью, а чистый водород необходим для декарбонизации энергетики. Эта технология решает обе эти проблемы творческим и масштабируемым способом».

Процесс ATT был адаптирован из метода, первоначально разработанного Паком и соавтором исследования Ву-Дже Кимом, профессором химической инженерии и материаловедения в Женском университете Ихва, как углеродно-нейтральный метод преобразования биомассы, такой как морские водоросли, в газообразный водород . В лабораторных экспериментах команда использовала модифицированный процесс ATT для преобразования ПЭТ, ПЭ и ПП в водород высокой чистоты. Этот подход позволил получить значительно больше водорода из ПЭТ при температурах на 300–400 градусов Цельсия ниже, чем при традиционной паровой газификации.

В отличие от ПЭТ, полиэтилен и полипропилен изначально были менее эффективны в производстве водорода, поскольку состоят исключительно из углерод-водородных связей и химически инертны в щелочных условиях. Для их активации исследователи разработали предварительную обработку термическим окислением, при которой пластмассы кратковременно подвергаются воздействию слабого тепла на воздухе перед основной реакцией. Этот этап вводит кислородсодержащие функциональные группы в полимерные цепи, создавая реакционноспособные участки, где может действовать щелочная обработка.

После активации все три вида пластика эффективно разлагаются. Углерод, выделяющийся в ходе реакции, улавливается реагентом гидроксида натрия и превращается в твердый карбонат натрия, а не улетучивается в атмосферу в виде углекислого газа. Анализ после реакции показал, что более 75% исходного углерода пластика в конечном итоге превращается либо в стабильный карбонат, либо в жидкие органические остатки. Менее 13% находится в газообразном состоянии, а прямое выделение углерода в атмосферу во время реакции незначительно. Карбонат натрия, в свою очередь, может быть преобразован в карбонат кальция с помощью простого процесса регенерации, что навсегда фиксирует углерод в минерале, широко используемом в отраслях промышленности, которые традиционно являются углеродоемкими.

Предыдущие низкотемпературные подходы к преобразованию пластиковых отходов в водород, такие как фотореформирование с использованием солнечной энергии и электрохимическое преобразование, работают только с кислородсодержащими пластиками, такими как ПЭТ, оставляя полиэтилен и полипропилен, два наиболее распространенных вида пластика в потоке отходов, недоступными. Высокотемпературная газификация может обрабатывать несортированные смешанные пластики, но выделяет значительное количество углекислого газа. ATT — это первое применение метода команды, позволяющее одновременно решить все три проблемы.

«Благодаря снижению затрат на сортировку и упрощению технологических процессов, которые были основными препятствиями на пути коммерциализации, эта технология имеет потенциал стать ключевой технологией следующего поколения, поддерживающей как водородную экономику, так и экономику замкнутого цикла», — сказал Ким.

Исследователи заявляют, что прежде чем этот процесс можно будет внедрить в больших масштабах, необходима дальнейшая работа по его оптимизации и оценке экономической целесообразности.

Источник: https://phys.org/news/2026-07-plastic-hydrogen-fuel.html