Бутылочку не выбрасывайте. Как пластиковые отходы могут стать "зеленой" энергией
О том, как можно дать вторую жизнь пластиковым отходам и сделать вклад в очистку планеты от мусора, рассказывает химик-инженер из Университета Ньюкасла Ань Фан
В классическом фантастическом фильме "Назад в будущее" Эммет "Док" Браун заправляет летающий DeLorean, позволяющий путешествовать во времени, мусором. По сей день машина времени остается вымыслом, а вот перспектива использования отходов для топлива не слишком далека от реальности. В частности, пластмассы содержат в основном углерод и водород, энергетический потенциал которых аналогичен обычным видам топлива (например, "дизеля"). Они относятся к числу наиболее ценных отходов.
Все пластмассы можно преобразовывать в полезные формы энергии и химикатов для промышленности, используя процесс под названием "холодноплазменный пиролиз".
Пиролиз – это метод нагрева, при котором материалы разлагаются при температурах от 400℃ до 650℃ в среде с ограниченным кислородом. Обычно к нему прибегают для выработки энергии в виде тепла, электричества или топлива. Но еще более полезно было бы включить в этот процесс холодную плазму, чтобы получать другие химические вещества и материалы.
Замкнуть цикл
Холодноплазменный пиролиз позволяет превращать пластиковые отходы в водород, метан и этилен. Как водород, так и метан могут использоваться в качестве чистого топлива, поскольку они производят только минимальное количество вредных соединений, таких как сажа, несгоревшие углеводороды и углекислый газ (CO2). А этилен является строительной основой большинства пластмасс, используемых сегодня во всем мире.
В экономике замкнутого цикла технологии дают пластиковым отходам новую жизнь, параллельно решая проблему их накопления
Однако в настоящее время столь рациональный подход к мусору не наблюдается. Только в США и ЕС на свалку отправляется соответственно 40% и 31% пластмассовых изделий. Конечно, сжигать их для производства энергии обычно намного лучше, чем просто выбрасывать. Однако при таком способе не остается материалов для повторного использования, а при недостаточном контроле, он влечет за собой негативные последствия для окружающей среды.
В экономике замкнутого цикла, где технологии дают новую жизнь пластиковым отходам, существует возможность решить проблему их накопления. Вместо того чтобы наращивать свалки, с помощью холодноплазменного пиролиза можно получать ценные материалы для повторного использования в промышленности.
Польза со свалки
В недавнем исследовании ученых из Университета Ньюкасла была проверена эффективность холодноплазменного пиролиза с использованием пластиковых пакетов, бутылок от молока и отбеливателя, собранных местным перерабатывающим заводом.
Машина времени пока остается фантастикой, чего не скажешь об использовании мусора в качесте топлива
В ходе изыскания было обнаружено, что из полиэтилена высокой плотности (HDPE), используемого для производства бутылок и труб, с помощью холодной плазмы можно извлечь в 55 раз больше этилена, чем при обычном пиролизе. Около 24% веса исходного материала было преобразовано непосредственно в полезные продукты.
Плазменные технологии использовались для борьбы с опасными отходами и в прошлом, но этот процесс протекает при очень высоких температурах (более 3000°C), и поэтому требует сложной и энергоемкой системы охлаждения. Холодноплазменный пиролиз работает всего при 500–600°C, комбинируя обычное нагревание и холодную плазму. Это означает, что процесс требует меньше энергии.
Холодноплазменный пиролиз предлагает возможности по преобразованию в ценный продукт того, что сейчас просто выбрасывается
Холодная плазма, используемая для разрыва химических связей, инициации и возбуждения реакций, генерируется между двумя электродами, разделенными одним или двумя изолирующими барьерами. Она уникальна тем, что в основном производит горячие (высокоэнергетические) электроны – частицы, которые отлично подходят для разрушения химических связей пластмасс. Энергию для ее создания можно брать из возобновляемых источников.
Преимущества использования холодной плазмы по сравнению с традиционным пиролизом состоят в том, что процесс поддается жесткому контролю, что облегчает разрывание химических связей в полиэтилене HDPE, позволяя эффективно превращать тяжелые углеводороды из пластмасс в более легкие. Плазму можно применять для преобразования пластмасс в другие материалы: водород и метан, представляющих собой источник энергии, или в этилен и углеводороды для создания полимеров.
Кроме того, с ее помощью реакция занимает считанные секунды, что делает процесс быстрым и потенциально дешевым. Таким образом, холодноплазменный пиролиз предлагает ряд возможностей, чтобы преобразовывать в ценный продукт то, что сейчас просто выбрасывается.
По материалам The Conversation