Новый двухэтапный процесс превращает отработанный пластик в реактивное топливо с использованием водорода и одноатомных катализаторов.
Как сообщается, исследователи из Нанкинского лесотехнического университета и Университета Цинхуа разработали способ превращения пластиковых отходов в вещество, близкое к реактивному топливу. Подобные процессы уже проводились ранее, но новый метод дешевле, эффективнее и требует более низких температур и давлений.
Команда исследователей утверждает, что этот процесс может протекать непрерывно (а не партиями), как в предыдущих попытках. В своем исследовании, опубликованном в журнале Nature Energy, они показали, что этот новый процесс расщепляет пластик при высоких температурах в присутствии водорода.
«Наша группа уже несколько лет рассматривает гидрогенолиз пластика с точки зрения катализатора, как раз в тот момент, когда эта область вступила в эру катализаторов с одним атомом», — рассказали Tech Xplore профессора Ядун Ли и Диншэн Ван, соавторы статьи.
«Проблема, которая постоянно нас сдерживала, заключалась в селективности; традиционное гидрирование пластика, как правило, дает широкое, трудно контролируемое распределение продуктов. Мы хотели узнать, сможет ли разработка активного центра на атомном уровне, наконец, помочь нам справиться с этой проблемой», — добавили они.
Это важно, поскольку обычно при плавлении пластика образуется своего рода смесь газов, воска, масла, сажи, смолы и легких углеводородов. Любое полезное топливо, как правило, представляет собой лишь очень небольшое количество.
Пластиковые отходы в топливо для реактивных двигателей
С этой целью команда решила найти способ направить процесс разложения пластика именно на те молекулы, которые ей необходимы. Как поясняют исследователи, новый процесс состоит из двух этапов: первый, называемый пиролизом, заключается в нагревании пластика до температуры выше 860°F (460°C).
В результате длинные пластиковые цепочки расщепляются на более мелкие углеводородные фрагменты. Второй этап, самый сложный, заключается в том, что эти фрагменты затем используются для создания «фрагментов» реактивного топлива.
В ходе этого процесса, называемого гидрогенизацией, продукты первого этапа пропускают через специальные катализаторы при температуре 320°F (160°C) для получения полезных молекул, таких как циклоалканы, плотные углеводороды и молекулы, используемые в качестве реактивного топлива.
«После проверки нескольких катализаторов мы обнаружили, что изолированные центры Ru на оксиде CoAl могут гидрировать стирол до этилциклогексана при давлении, близком к атмосферному», — объяснили Ли и Ван.
«Сам по себе полистирол пиролизуется на промежуточные мономеры и олигомеры, которые затем подвергаются эффективному гидрогенолизу на этих участках Ru. Нас удивило, что этот тандемный метод позволил получить реактивное топливо на основе пластика с действительно привлекательными топливными свойствами и экономической эффективностью процесса», — добавили они.
Полистирол — интересный вариант, поскольку это очень распространенный отход производства, например, упаковки и одноразовых изделий, таких как стаканчики. Кроме того, он относительно легко разлагается при нагревании.
Полистирол — хороший выбор.
«По сравнению с традиционным методом реакторов периодического действия высокого давления, тандемный проточный реактор в сочетании с эффективными атомарно диспергированными центрами рутения представляет собой достойную альтернативу», — добавили Ли и Ван.
«Мы также протестировали масштабирование: мы подготовили и оценили катализатор в граммовом масштабе, и как катализатор, так и стадия гидрирования при комнатной температуре хорошо масштабируются. Технико-экономический анализ показал, что конкурентоспособная минимальная продажная цена составляет 1,0–1,8 доллара США за килограмм, что является действительно конкурентоспособным показателем», — поясняют они.
Этот процесс интересен и многообещающ, но еще предстоит выяснить, можно ли его масштабировать за пределы лаборатории. Тем не менее, это потенциально масштабируемый химический метод, за которым стоит следить.
«Мы планируем и дальше оптимизировать этот подход в рамках существующей модели жизненного цикла и технико-экономической эффективности, уделяя особое внимание тому, как катализатор влияет на весь процесс, и стремясь к созданию еще более эффективных катализаторов на основе отдельных атомов рутения», — добавили Ли и Ван.
«Мы также хотим сохранить эту активность и структурную стабильность по мере увеличения масштабов производства катализатора (до килограммового масштаба и выше). Что касается процесса, мы будем работать над системой непрерывной подачи твердого вещества для улучшения текущего рабочего процесса», — заявили они.
Вы можете ознакомиться с результатами исследования самостоятельно в журнале Nature Energy.
Sourse: interestingengineering.com
