Поліетилен – найпоширеніший вид пластику, тому його перероблення є найбільшим пріоритетом. Молекули, з яких складається поліетилен, є довгими вуглеводними ланцюжками, що містять 7-22 атомів вуглецю. Якщо ми зможемо деполімеризувати поліетилен, його можна буде переробляти на паливо.

Утім, це не так легко: для каталітичного піролізу, себто розкладання поліетилену, потрібна температура понад 300ºC. Затрати на її досягнення майже неможливо окупити. Також під час піролізу утворюються вуглеводні елементи, які легко перетворюються у кокс і шкодять каталізатору. Інакше кажучи, для перероблювання поліетилену в паливо необхідно розробити геть інші каталітичні процеси з м’якішими реакціями.

Що сталося

Торік науковці запропонували метод гідрогенолізу, де під дією водню поліетилен розщеплюють в дизельне паливо та мазут. Завдяки мезопористому каталізатору та кремнієвій оболонці їм вдалося забезпечити добрий рівень продукції. Та от біда: реакція потребувала цілої доби й тих самих 300ºC.

Фокус дослідників змістився на розчинники, які забезпечать швидшу реакцію шляхом більшої швидкості масообміну та теплопередачі. Це вилилося у дослідження, де вашингтонські хіміки показали метод перероблення з використанням розчинника у кращих умовах і зі швидшою реакцією. Процеси відбуваються завдяки наночастинкам рутенію, які наносять на каталізатор. За допомогою мікроскопів хіміки побачили, що ефективність каталізатора залишається на висоті навіть після кількох реакцій.

Наступним завданням став оптимальний тиск водню, який забезпечить найефективнішу реакцію. У діапазоні від 0 до 60 барів найкраща деполімеризація відбулася на позначці в 30 барів. Вищий тиск пригнічував реакцію, а нижчого бракувало для її розвитку.

Динаміка реакції на 1 грам поліетилену за тиску у 20 барів. Важливо, що каталізатор залишається стабільним після наступних реакцій. Джерело: Chem Catalysis

Особливість поліетилену ще у тому, що він має низьку розчинність у подібних за складом розчинниках, тож треба було знайти неполярний. Оптимальним виявився н-гексан, який на температурі у 220ºC забезпечив 45% вихід авіапального за 16 годин реакції. Наразі науковці працюють над комерційним проєктом дослідження, яке потенційно зможе перетворювати поліетилен на пальне.

Чому це важливо

Компанії вкладають сотні мільйонів у перероблення пластику, а Світовий економічний форум називає його «майбутнім золотом». На думку економістів, інвестиції у перероблювання поліетилену породять привабливий ринок, де можна буде сколотити добрячий капітал. Детальніше про те, чому мікропластик заважає нам жити і як з тим усім дати ради ми писали у статті «Все що ви хотіли знати про мікропластик».

Коменти