Ученые взломали код недорогой и низкоуглеродной переработки пластика

Недавние исследования в США показали, что большая часть пластика никогда не перерабатывается. В других странах мира ситуация, вероятно, ещё хуже. Новое американское исследование стало важным шагом на пути к созданию экологичных материалов. Оно открыло новые возможности для ферментативной переработки ПЭТ — самого распространённого в мире пластика, который используется во всём: от бутылок для воды до упаковки для пищевых продуктов и волокон для одежды.

Процесс, разработанный группой исследователей из США и Великобритании, предлагает более чистый, дешёвый и безотходный подход к переработке пластиковых отходов, который потенциально может склонить чашу весов в пользу крупномасштабной экологически безопасной переработки. Работой руководили учёные из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) Министерства энергетики США в сотрудничестве с исследователями из Массачусетского университета в Лоуэлле и Портсмутского университета в Англии.

Результаты исследования, опубликованные в Nature Chemical Engineering, посвящены ферментативной деполимеризации ПЭТ — методу, который позволяет расщепить пластик на составляющие и переработать его в новые продукты. Исторически этот процесс был слишком дорогостоящим и химически интенсивным для масштабирования. Но новое исследование, в котором в качестве фермента для расщепления пластика используется новая молекула, открывает широкие перспективы.

Заменив одно ключевое химическое вещество — гидроксид натрия — на гидроксид аммония, исследователи создали самовоспроизводящуюся систему, которая значительно сокращает выбросы и расходы.

«Иногда достаточно просто переосмыслить одну молекулу, — говорит профессор Эндрю Пикфорд, директор Центра ферментативных инноваций в Портсмутском университете. — С помощью гидроксида аммония мы создали процесс, который практически исключает необходимость в новых кислотах и щелочах».

Переход на гидроксид аммония позволил получить терефталат диаммония, который можно разложить с помощью термолиза — реакции, основанной на нагревании, — чтобы восстановить аммиак и получить чистую терефталевую кислоту, один из основных компонентов ПЭТ. Затем это основание можно использовать снова и снова.

Влияние этой корректировки заметно:

• Использование химикатов сокращается более чем на 99 %

• Операционные расходы сокращаются на 74 %

• Потребление энергии снижается на 65 %

• Выбросы углекислого газа сократились почти вдвое

Важно отметить, что минимальная цена продажи переработанного ПЭТ, полученного с помощью этого метода, составляет 1,51 доллара за килограмм, что значительно ниже стоимости первичного ПЭТ, которая составляет 1,87 доллара за килограмм. Таким образом, на сегодняшний день это одна из первых экономически выгодных систем ферментативной переработки ПЭТ.

В ходе исследования также изучались этапы предварительной обработки для улучшения процесса разложения пластика. Такие методы, как экструзия и быстрая закалка, позволили полностью деполимеризовать материал за 50 часов. Извлечение этиленгликоля, ещё одного компонента ПЭТ, было улучшено за счёт процесса, известного как периодическая концентрация.

Доктор Грегг Бекхэм из NREL, один из руководителей исследования, сказал, что эти совместные инновации знаменуют собой поворотный момент.

“Ферментативная переработка уже давно показала себя многообещающей для смешанных потоков отходов ПЭТ, которые трудно перерабатываются, но до сих пор она не была практичной. Интегрируя инновации в области химии, биологии и технологических процессов, мы продемонстрировали масштабируемое и экономически эффективное решение ”.

Более масштабные последствия не заставят себя ждать. В отличие от механической переработки, которая ограничена загрязнением и разрушением материала, ферментативная переработка может быть применима к широкому спектру отходов из ПЭТ, включая цветной пластик, полиэфирные ткани и термоформованные контейнеры, которые в настоящее время попадают на свалки или в мусоросжигательные печи.

Профессор Джон Макгихан, еще один ключевой сотрудник, ныне работающий в NREL, сказал, что сейчас основное внимание уделяется переходу от лабораторного к реальному применению: “Речь идет о замыкании цикла — не только в химическом смысле, но и в жизненном цикле материала”.

ПЭТ (полиэтилентерефталат) используется для производства более 50 миллионов тонн пластиковых изделий в год. Однако перерабатывается менее трети из них. Подавляющее большинство из них перерабатывается в более дешёвые материалы, сжигается или закапывается, что приводит к выбросам парниковых газов и глобальному загрязнению микропластиком. Изменение этой тенденции стало приоритетной задачей для учёных-экологов, регулирующих органов и лидеров отрасли.

Этот новый процесс сам по себе не решает проблему загрязнения пластиком. Но он предлагает важнейший инструмент: метод переработки использованного пластика в высококачественный новый материал без использования ископаемого топлива.

Хотя ферментативная переработка даёт надежду на утилизацию существующих пластиковых отходов, учёные и защитники окружающей среды сходятся во мнении, что её необходимо сочетать с разработкой биопластика — материалов, изготовленных из возобновляемых биологических источников, таких как кукурузный крахмал, сахарный тростник или водоросли. В отличие от обычного пластика, получаемого из ископаемого топлива, биопластик может значительно сократить выбросы углекислого газа на этапе производства и часто подходит для вторичной переработки.

Лидерами в этой сфере биопластика являются компании NatureWorks (известная своим пластиком Ingeo PLA, изготовленным из кукурузы), TotalEnergies Corbion (совместное предприятие по производству биопластика PLA), Novamont (итальянская фирма, специализирующаяся на компостируемом биопластике), Danimer Scientific (разрабатывающая пластик на основе полигидроксиалканоатов из рапсового масла) и BASF (предлагающая сертифицированные компостируемые биополимеры под брендом ecovio). Разработка этих альтернатив наряду с усовершенствованной переработкой может создать более замкнутую систему использования пластика с минимальным воздействием на окружающую среду.

Источник: https://www.greenprophet.com/2025/07/scientists-crack-the-code-for-low-cost-low-carbon-plastic-recycling/