Ежегодно в мире производят более 460 миллионов тонн пластика. Большая часть этого материала почти не разлагается и годами накапливается на свалках и в океанах. Особенно проблемны полиолефины — основа обычных пакетов, бутылок от шампуня и множества других упаковок. Китайские исследователи предложили относительно простой и недорогой способ превратить такие отходы в авиационное топливо.
Учёные из Фуданьского университета совместно с Шанхайским институтом передовых исследований разработали метод гидрогенолиза полиолефинов. Процесс идёт в сравнительно мягких условиях и позволяет «разрезать» длинные полимерные цепи на более короткие молекулы, подходящие для авиакеросина.
Почему раньше не получалось
Пластик и нефть состоят из одних и тех же строительных блоков — атомов углерода и водорода. Теоретически достаточно разорвать длинные цепи полимеров на фрагменты определённой длины. Для реактивного топлива нужны углеводороды с числом атомов углерода от 8 до 16 (C8–C16).
Проблема в том, что при обычном химическом разложении в первую очередь рвутся связи на концах молекул. В результате образуется много газообразных продуктов вроде метана, а жидкого топлива получается мало. Исследователям нужно было научиться избирательно разрывать связи внутри цепей, а не на их концах.
Как работает новый катализатор
Решение нашли в катализаторе на основе кобальта и никеля. Кобальт тонко настраивает электронное состояние никеля, благодаря чему катализатор лучше активирует водород и избирательно разрезает внутренние углерод-углеродные связи. Цепи пластика «нарезаются» на фрагменты нужной длины, а чрезмерное дробление до газов почти не происходит.
В лабораторных условиях процесс показал выход жидких продуктов 82,3%. При этом 79% из них составили именно алканы диапазона C8–C16 — то есть компоненты, подходящие для авиационного топлива.
Важное преимущество — дешевизна. Кобальт и никель относятся к распространённым и недорогим металлам. Раньше подобные реакции часто проводили с использованием платины или рутения, что делало технологию слишком дорогой для массового применения.
Экологический эффект и препятствия
Согласно оценке жизненного цикла, если процесс будет работать на возобновляемой энергии, выбросы парниковых газов можно сократить примерно на 80 % по сравнению с производством топлива из обычной нефти.
Однако до промышленного внедрения ещё далеко. То, что отлично работает в колбе, не всегда легко масштабировать до больших реакторов. Кроме того, реальные пластиковые отходы загрязнены. Примеси могут быстро «отравлять» катализатор, поэтому потребуются надёжные системы предварительной очистки сырья.
Пока технология находится на стадии лабораторных и пилотных исследований. В мире уже появляются первые установки по превращению пластика в устойчивое авиационное топливо (SAF), но пассажирские самолёты на топливе из пакетов пока остаются делом будущего. Китайская разработка с высоким выходом и дешёвым катализатором может заметно приблизить этот момент.
