Учёные из Университета штата Огайо добились значительных успехов в решении экологических проблем, связанных с утилизацией пластиковых отходов, бумаги и пищевых остатков.
В своей недавней работе исследователи сосредоточились на технологии, позволяющей преобразовывать эти материалы в синтез-газ (сингаз) — универсальное вещество, используемое для производства топлива и химических соединений, таких как формальдегид и метанол.
Используя передовые методы моделирования, учёные оценили эффективность процесса, известного как химическая петля, который доказал свою способность разлагать отходы и получать высококачественный сингаз.
По словам ведущего автора исследования, аспирантки кафедры химической и биомолекулярной инженерии Ишани Карки Кудвы, повышение чистоты получаемого сингаза открывает новые возможности для различных отраслей промышленности.
Химическая петля: повышение эффективности
В настоящее время большая часть промышленных методов позволяет получать сингаз с чистотой от 80% до 85%. Однако команде Кудвы удалось достичь показателя в 90%, причём процесс занимает всего несколько минут.
Этот результат имеет ключевое значение, поскольку более чистый сингаз можно эффективнее использовать в качестве сырья для производства различных продуктов.
Исследование основывается на многолетних разработках в Университете штата Огайо под руководством профессора Лян-Ши Фана, который изучал применение химической петли для преобразования ископаемого топлива, сточных газов и угля в водород, сингаз и другие ценные продукты.
В рамках исследования была разработана инновационная система, включающая два реактора. В первом, являющемся передвижным редуцирующим слоем, отходы разлагаются с помощью кислорода из металлических оксидов. Второй, представляющий собой псевдоожиженный слой, восполняет кислород, что делает процесс более эффективным. Данная технология позволяет повысить эффективность на 45% и получать сингаз, на 10% чище по сравнению с традиционными методами.
Превращение отходов в топливо
Согласно данным Агентства по охране окружающей среды США, в 2018 году страна произвела около 35,7 млн тонн пластика, из которых 12,2% составили твёрдые бытовые отходы, включая контейнеры, пакеты, бытовую технику, мебель, сельскохозяйственные отходы и пищевые остатки.
Традиционные методы утилизации, такие как захоронение на полигонах и сжигание, часто сопряжены с экологическими рисками. В этом контексте новая технология, разработанная в Университете штата Огайо, становится особенно актуальной.
Учёные подсчитали, что их метод позволяет снизить выбросы углерода на 45% по сравнению с традиционными процессами переработки отходов. Это исследование соответствует тенденции по разработке более экологичных технологий в химической промышленности.
Соавтор исследования, аспирант Шекхар Шинде, подчеркнул важность перехода на методы, способствующие декарбонизации энергетического сектора. В отличие от предыдущих технологий, которые обрабатывали биомассу и пластик раздельно, новая методика позволяет перерабатывать различные типы отходов одновременно, автоматически подстраивая условия для их преобразования.
Исследователи уверены в значимости своей работы и ожидают получения новых данных в ходе дальнейшего моделирования. В будущем команда планирует провести расширенные эксперименты для оценки коммерческой жизнеспособности технологии.
Кудва отметила, что следующий этап исследований сосредоточится на переработке твёрдых бытовых отходов, поступающих из центров сортировки. «Мы продолжаем лабораторные испытания, направленные на коммерциализацию технологии и развитие процессов декарбонизации в промышленности», — заключила она.
По мере роста проблемы загрязнения окружающей среды такие инициативы могут сыграть ключевую роль в переосмыслении отходов как ресурса и создании более устойчивого будущего.
