Китайські вчені перетворили пластик на авіапаливо
Китайські вчені перетворили пластикові відходи на авіаційне пальне
Дослідники з Китаю досягли значного прориву в переробці пластику, успішно перетворивши пластикові відходи на авіаційне пальне. Ця технологія може стати економічно вигідною альтернативою традиційним методам виробництва пального та допомогти у вирішенні проблеми забруднення навколишнього середовища.
Інноваційний метод переробки
Команда науковців з Нанкінського лісотехнічного університету, Університету Цинхуа та інших провідних інститутів розробила метод розкладання пластику за високих температур у присутності водню. Ключову роль у цьому процесі відіграє спеціально створений каталізатор, який прискорює хімічні реакції.
Професори Ядун Лі та Діншен Ван, співавтори дослідження, зазначають, що протягом кількох років вони вивчали гідрогеноліз пластику як перспективний метод переробки. Основною перешкодою була низька селективність процесу — традиційне гідрування давало широкий спектр важкоконтрольованих продуктів. Вчені прагнули з'ясувати, чи зможе розробка активних центрів на атомному рівні подолати це обмеження.
Революційний каталізатор
Дослідження базувалися на попередніх експериментах із перетворення полістиролу на цінні хімічні речовини за допомогою тандемного піролізу-гідрогенолізу. Було встановлено, що атомарно дисперговані центри рутенію (Ru) в каталізаторах забезпечують унікальну селективність гідрогенолізу, яка змінюється залежно від оточуючих речовин.
Після тестування різних каталізаторів вчені виявили, що ізольовані ділянки рутенію на оксиді CoAl ефективно гідрують стирол до етилциклогексану за тиску, близького до атмосферного. Сам полістирол спочатку розщеплюється на проміжні мономери та олігомери, які потім піддаються гідрогенолізу на ділянках рутенію.
"Нас вразило, що цей тандемний метод дозволив отримати реактивне паливо з пластику з високими паливними характеристиками та економічною ефективністю", — коментують автори дослідження.
Технологічний процес
На основі попередніх результатів науковці створили новий каталізатор, який ефективніше прискорює хімічні реакції перетворення пластику на вуглеводні, що використовуються в авіаційному пальному. Каталізатор було інтегровано в тандемний проточний реактор, що складається з кількох поєднаних між собою реакторів.
Процес відбувається у два етапи:
- Пластик проходить через перший реактор за температури 460 °C, де гідропіроліз розщеплює його на проміжні сполуки з малими молекулами;
- Отримані пари надходять у другий реактор з каталізатором за температури 160 °C, де перетворюються на щільне реактивне паливо, багате на циклоалкани.
"Стратегія полягає в налаштуванні електронної структури диспергованих центрів рутенію для контролю активності та селективності продуктів гідрогенолізу. Це дозволяє досягти ефективності, що у понад сто разів перевищує показники комерційного каталізатора Ru/C на ключовому етапі гідрування", — пояснюють професори Лі та Ван.
Перспективи та економічна доцільність
Результати дослідження підтверджують потенціал одноатомних каталізаторів у забезпеченні бажаних хімічних реакцій, зокрема для перетворення пластику на вуглеводні. Враховуючи стрімке зростання цін на авіаційне пальне, отримання пального з пластикових відходів може стати економічно вигідним рішенням.
На відміну від традиційних реакторів періодичної дії високого тиску, тандемний проточний реактор з атомарно диспергованими центрами рутенію є перспективною альтернативою. Дослідники вже провели тестування масштабування, підготувавши та оцінивши каталізатор у грамових обсягах. Як каталізатор, так і стадія гідрування за кімнатної температури добре піддаються масштабуванню.
Техніко-економічний аналіз показав, що мінімальна ціна продажу такого пального може становити від $1,0 до $1,8 за кілограм. У найближчому майбутньому новий каталізатор планують протестувати з іншими видами пластику та обладнанням. Це відкриває можливості для зменшення забруднення навколишнього середовища пластиковими відходами та створення альтернативного способу масштабного виробництва авіаційного пального.
Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Energy.
