Технологии переработки отходов

Проблема переработки пластиковых отходов – это настоящий вызов современной науке. Химики, технологи, экологи ищут способы не только уничтожить мусор, но и найти ему должное применение. Некоторые идеи ученых по его вторичному использованию уже получили статус стартапов и нащупывают пути реализации.

Откуда берется лишний мусор

Специалисты, занимающиеся мониторингом состояния окружающей среды, отмечают, что в связи с пандемией COVID-19 в мире резко возросло количество пластиковых отходов. Наиболее весомый вклад отмечается по следующим позициям:

• защитные маски из полипропиленового волокна;
• перчатки из полиэтилена, которые предлагают покупателям торговые точки;
• одноразовый медицинский инструментарий;
• упаковочные материалы, используемые для доставки товаров из магазинов и кафе для людей, находящихся в самоизоляции.

Согласно данным ООН, за последние 70 лет человечество уже произвело более 3 млрд тонн пластика, из которых перерабатывается и используется вторично всего 9%. Около 12% этого материала сжигается совместно с другими отходами. Расчеты показывают, что на полигонах, стихийных свалках и в мировом океане находится не менее 2,4 млрд тонн пластика.

Однако наука видит в нем не горы ненужного мусора, а богатые возможности для получения полезных материалов. Недорого, эффективно и экологично – вот девиз изобретателей, работающих над созданием новейших технологий переработки пластиковых отходов.

Органические отходы – в органические удобрения

В апреле 2021 года британский научный журнал Nature познакомил читателей с работой профессора Тин Сюй, которая занимается изучением химического материаловедения в Калифорнийском университете в Беркли.

Статья вышла под весьма замысловатым заголовком: «Почти полная деполимеризация полиэфиров при помощи нанодисперсных ферментов». А вот содержание ее оказалось максимально приближенным к реальной жизни, поскольку позволяет решить важную практическую задачу. Тин Сюй и ее соавторы предложили простой способ преобразовать бытовые пластиковые отходы в компост, который впоследствии можно вносить в почву.

Ученых заинтересовало несоответствие понятия «биоразлагаемый пластик» тому, что происходит с ним в действительности. Все уверены, что этот материал, попадая на свалку, разлагается примерно так же, как бумага или картофельная кожура. На деле же он разрушается годами, при этом существенная его часть превращается в микропластик.

«Биоразложение – это не обязательно образование компоста», — поясняет профессор Тин. Для правильных процессов утилизации пластика необходимы особые температурные условия, которые тяжело сформировать на обычном полигоне.

Сотрудники ее лаборатории обнаружили ферменты, при помощи которых биоразлагаемый пластик начинает оправдывать свое название. Задача фермента – разорвать все молекулярные связи между звеньями полимерных цепочек. При этом количество фермента и, соответственно, затраты на него минимальны: вещества требуется всего 0,02% от массы пластика, предназначенного в переработку.

Новая технология позволяет избавляться от полимерного мусора буквально за несколько дней. Его смешивают с ферментами и помещают в компостную яму, а если ее нет, то в емкость с водой. Материал разрушается полностью, минуя стадию образования микропластика, особо опасного для окружающей среды.

Пластик – сырье для получения современного топлива

Еще одно исследование, на этот раз американских экологов Университета Делавэра, посвящено идее получения топлива из отработанного пластика. Но не из любого, а только из полиолефинов – группы полимеров, из которых производят полиэтиленовые пакеты, термоусадочные пленки, ПЭТ-бутылки.

Ученые предложили способ получения из полиолефинов дизельного и даже авиационного топлива. Подобные идеи существовали и ранее, однако они не получили распространения в связи с дороговизной. Новая технология снижает расходы почти вполовину, поскольку не требует высоких температур для переработки пластикового сырья.

Исследователи взяли за основу гидрокрекинг – разрыв связей между атомами углерода внутри молекул пластика в присутствии катализаторов. В роли последних выступают оксиды некоторых металлов, а также минералы, известные под названием цеолитов.

«Удивительно, что каждый из этих катализаторов по отдельности почти не проявляет себя, – комментирует профессор Дионисиос Влахос, один из авторов технологии. – Но вместе они эффективно плавят пластик. Причем эти оксиды и цеолиты относятся к весьма распространенным ресурсам, поэтому наша идея быстро начнет работать».

Что еще будем делать из мусора

Ученых привлекает задача превращать отработанные пластмассы в разнообразные вещества, имеющие значение в мировом хозяйстве. Например, из них можно создать алкильные ароматические соединения, а на их основе производить лакокрасочные изделия и моющие средства. Простую и дешевую технологию преобразования пластика по такому пути предложили химики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.

Рациональное зерно их разработки – катализ реакции наночастицами платины. Это довольно распространенный катализатор, широко применяемый в нефтепереработке. Его использование не удорожает процесс, зато позволяет снизить температуру получения алкильных соединений с 1000 до 300 градусов. Тесты показали, что за сутки в полезное сырье превращается 55% пластика бутылочных крышек и 69% полиолефинов из упаковочной пленки. В планах ученых – увеличение объема выхода продуктов реакции, чтобы ее внедрение в промышленность стало целесообразным.

«В мире существует гигантский поток полиэтилена, — говорит Берт Веркхейзен, химик Утрехтского университета. – Это один из наиболее популярных пластиков. Но после использования он становится ненужным. Задача науки – снова превратить его в полезный продукт».

Естественным путем пластик разрушается не менее двухсот лет, не принося при этом никакой пользы. В недалеком будущем уже видятся перспективы получения из него компоста, топлива и сырья для лакокрасочной промышленности. Но ученые на этом не остановятся. Возможно, наступит день, когда вездесущий мусор превратится в дефицитное сырье и одной экологической проблемой на Земле станет меньше.