Отходы полиэтилена использовали для получения водорода и углеродных наноматериалов

Специалисты Египетского института нефтяных исследований и Университета Айн-Шамс испытали способ переработки отходов полиэтилена низкой плотности в водород и углеродные наноматериалы. Результаты исследования опубликованы 19 августа в журнале Scientific Reports.

В качестве сырья использовали полиэтиленовую плёнку — материал, из которого производят пакеты, упаковку и другие гибкие изделия. Полимер подвергали пиролизу, то есть нагревали без доступа кислорода. Полученные углеводородные газы пропускали через катализатор на основе кобальта и молибдена. При их дальнейшем разложении выделялся водород, а углерод переходил в твёрдую форму.

Авторы относят получаемый газ к так называемому бирюзовому водороду. Обычно этим термином называют водород, произведённый при термическом разложении углеводородов, когда углерод остаётся в твёрдом продукте, а не образует прямые выбросы углекислого газа. От «зелёного» водорода такой процесс отличается тем, что не основан на электролизе воды с использованием возобновляемой электроэнергии.

Основной задачей исследования был подбор носителя для активных компонентов катализатора. Учёные сравнили оксиды алюминия и магния, а также несколько смесей этих соединений. Чистый оксид магния обеспечил наиболее высокую концентрацию водорода, но лучший совокупный результат показал носитель из 25% оксида алюминия и 75% оксида магния.

Этот состав поддерживал образование водорода и способствовал росту сравнительно однородных многослойных углеродных нанотрубок с упорядоченной структурой. При увеличении доли оксида алюминия формировалась смесь менее упорядоченных углеродных материалов, включая графитовые пластинки, нановолокна и углеродные «нано-луки».

Испытание продолжалось 150 минут. Катализаторы с высоким содержанием оксида магния сохраняли устойчивую активность, хотя у выбранного смешанного состава после 90 минут зафиксировали небольшое снижение концентрации водорода.

Для отрасли переработки результат важен возможностью получать из одного вида полимерных отходов сразу два продукта. Твёрдый углерод в такой схеме рассматривается не как побочный остаток, а как потенциальное сырьё для производства материалов. Однако его коммерческая ценность будет зависеть от чистоты и однородности, затрат на отделение от катализатора и требований конечных потребителей.

Пока разработку нельзя считать готовой промышленной технологией. Исследователи работали с одним видом полиэтилена, тогда как реальные потоки отходов обычно содержат разные полимеры, красители, наполнители и загрязнения. Также необходимы данные об энергопотреблении, углеродном следе и себестоимости продукции.

Следующими этапами должны стать более длительные испытания катализатора, работа с неоднородным сырьём, масштабирование процесса и оценка жизненного цикла. Только после этого можно будет определить, способен ли метод дополнить существующие способы обращения с полиэтиленовыми отходами и конкурировать с другими технологиями производства водорода и углеродных материалов.