Новый процесс переработки может найти рынки для «мусорных» пластиковых отходов

Jul 17, 2023

Недорогие пластиковые отходы могут быть преобразованы в ценные химические вещества с помощью нового процесса, разработанного исследователями Университета Вашингтона в Мэдисоне. Джоэл Холлберг

Хотя многие американцы каждую неделю добросовестно складывают свой пластиковый мусор в соответствующие контейнеры, многие из этих материалов, включая гибкие пленки, многослойные материалы и множество цветных пластиков, не подлежат вторичной переработке с использованием традиционных методов механической переработки. В конце концов, только около 9 процентов пластика в Соединенных Штатах когда-либо используется повторно, часто в недорогих продуктах. Однако с помощью новой технологии инженеры-химики Университета Висконсин-Мэдисон превращают малоценные пластиковые отходы в продукты с высокой добавленной стоимостью.

Новый метод, описанный в выпуске журнала Science от 11 августа, может повысить экономические стимулы для переработки пластика и открыть двери для переработки новых типов пластика. По оценкам исследователей, их методы также могут сократить выбросы парниковых газов при традиционном производстве этих промышленных химикатов примерно на 60 процентов.

Новая технология основана на нескольких существующих методах химической обработки. Первый — пиролиз, при котором пластмассы нагреваются до высоких температур в бескислородной среде. В результате получается пиролизное масло — жидкая смесь различных соединений. Пиролизное масло содержит большое количество олефинов — класса простых углеводородов, которые являются основным строительным блоком современных химикатов и полимеров, включая различные типы полиэфиров, поверхностно-активные вещества, спирты и карбоновые кислоты.

В современных энергоемких процессах, таких как паровой крекинг, производители химической продукции производят олефины, подвергая нефть воздействию чрезвычайно высоких температур и давления. В этом новом процессе команда Университета Висконсина в Мэдисоне извлекает олефины из пиролизного масла и использует их в гораздо менее энергоемком химическом процессе, называемом гомогенным катализом гидроформилирования. Этот процесс превращает олефины в альдегиды, которые затем можно восстановить до важных промышленных спиртов.

«Эти продукты можно использовать для производства широкого спектра более ценных материалов», — говорит Джордж Хубер, профессор химической и биологической инженерии, который руководил работой вместе с постдокторантом Хоуцяном Ли и аспирантом Цзяян Ву.

Эти более ценные материалы включают ингредиенты, используемые для изготовления мыла и чистящих средств, а также другие более полезные полимеры.

Используя процесс, называемый гидроформилированием, профессор Джордж Хубер (слева) и научный сотрудник Хоуцянь Ли смогли восстановить олефины в масле, полученном из пластиковых отходов, и превратить их в ценные химические вещества. Джоэл Холлберг

«Мы очень воодушевлены последствиями этой технологии», — говорит Хубер, который также возглавляет Центр химической переработки пластиковых отходов, финансируемый Министерством энергетики. «Это платформенная технология для переработки пластиковых отходов с помощью химии гидроформилирования».

Индустрия переработки отходов может вскоре принять этот процесс; за последние годы по меньшей мере 10 крупных химических компаний построили или объявили о планах строительства предприятий по производству пиролизных масел из отходов пластмасс. Многие из них пропускают пиролизное масло через установки парового крекинга для получения низкоценных соединений. Новая технология химической переработки может обеспечить более экологичный и прибыльный способ использования этих масел.

«В настоящее время у этих компаний нет действительно хорошего подхода к обновлению пиролизного масла», — говорит Ли. «В этом случае мы можем получить дорогостоящие спирты стоимостью от 1200 до 6000 долларов за тонну из отходов пластмасс, которые стоят всего около 100 долларов за тонну. Кроме того, в этом процессе используются существующие технологии и методики. Масштабировать относительно легко».

По словам Хубера, исследование было результатом совместной работы нескольких различных факультетов Университета Вашингтона в Мэдисоне. Кларк Лэндис, заведующий кафедрой химии и мировой эксперт по гидроформилированию, предположил возможность применения этого метода к пиролизным маслам. Профессор химической и биологической инженерии Манос Маврикакис использовал передовое моделирование, чтобы обеспечить понимание химических процессов на молекулярном уровне. А профессор химической и биологической инженерии Виктор Завала помог проанализировать экономику технологии и жизненный цикл пластиковых отходов.