Претварање отпадне пластике у гориво: Научници развијају собну-технологију каталитичке конверзије температуре, решавајући глобални изазов рециклаже хлорисане пластике
Године 2023, током свог постдокторског истраживања у иностранству, Зханг Веи је објавио први-рад уНаукао разбијању пластике у течно гориво. Две године касније, 2025., сада истраживач на свом алма матер Источнокинеском нормалном универзитету, објавио је још један први{2}}рад са аутором (такође као ко{3}}дописни аутор) уНаука. Овог пута, он и његови сарадници из Кине и иностранства су успешно претворили пластику у бензин-трансформишући-тешко-мешовити пластични отпад-разградив у високо{4}}квалитетни бензин у једном кораку.
На 30 степени, технологија постиже стопу конверзије од 95% за цеви од меког поливинилхлорида (ПВЦ) и 99% за тврде ПВЦ цеви и ПВЦ жице. Ово омогућава да се токсични пластични отпад претвори у гориво путем нискоенергетског процеса који се спроводи на собној температури и атмосферском притиску, смањујући потрошњу енергије за преко 70%.
Јоханес Лерцхер, ко-кореспондентни аутор рада и члан Националне инжењерске академије САД и Европске академије наука, приметио је: „Ова технологија је попут проналажења 'хемијске маказе' за пластични отпад, способне да сече полимерне ланце у молекуле величине бензина- на молекулима величине бензина на кружној собној температури. Она пружа подршку за глобалну кружну економију.
У поређењу са традиционалним методама претварања пластике у гориво, овај нови приступ захтева мање енергије, мање уређаја и корака и погодан је за велике{0}}индустријске примене. Добијени производи укључују кључне компоненте бензина, хемијских сировина и хлороводоничне киселине, које се могу користити у третману воде, преради метала, фармацији, производњи хране и нафтној индустрији.
Претварајући различите врсте пластичног отпада у вредне производе у једном кораку, овај метод подржава развој зелене економије.
У студији, Зханг и његов тим су помешали пластични отпад са лаким изоалканским угљоводоницима-нуспроизводом прераде нафте-да би произвели угљоводонике из опсега бензина-, првенствено молекула са 6 до 12 атома угљеника, главне компоненте бензина. Добијена хлороводонична киселина може безбедно да се неутралише и поново употреби као сировина, потенцијално замењујући неколико високо{6}}температурно, енергетски-производних путева који се тренутно користе на терену.
Полиолефини чине око 50% светске производње пластике, док ПВЦ, хлоровани дериват, чини још 10%. ПВЦ је свеприсутан-од водоводних цеви и прозора код куће до торби од вештачке коже, подова, банковних картица и изолације жице.
Са високим садржајем хлора (око 57% тежине), ПВЦ представља озбиљније еколошке изазове када се одбаци у поређењу са другим полимерима. Традиционалне методе као што је спаљивање захтевају темељну дехлоринацију да би се спречило ослобађање токсичних хлорисаних једињења као што су диоксини и полихлоровани бифенили.
Као одговор, регулаторне агенције у Европи и САД почеле су да преиспитују супстанце повезане са ПВЦ-2023, наглашавајући хитност решавања утицаја ПВЦ-а на животну средину.
Типично, путеви хемијске надоградње који разлажу пластику на компоненте високе{0}}чистоће захтевају одвојене кораке дехлорисања при високим{1}}има. Зхангова стратегија унапређује отпадни ПВЦ у угљоводонике -без хлора- и хлороводоничну киселину у једном кораку.
Овај процес омогућава потпуну каталитичку конверзију мешавина ПВЦ-а и полиолефина у једном кораку, значајно повећавајући ефикасност претходно пријављених технологија конверзије само за полиолефине.
Истраживачи су открили да ПВЦ може послужити као извор карбокатиона, елиминишући потребу за спољним иницијатором и убрзавајући укупну брзину реакције. На пример, када је однос ПВЦ-а и полиетилена 1:1, мешани полимер се може потпуно конвертовати у року од 30 минута, производећи око 97% течних изоалкана по тежини.
Да би демонстрирао применљивост процеса на отпад у стварном{0}}светском свету, тим је конвертовао различите ПВЦ производе након{1}}употребе у алкане на собној температури и атмосферском притиску. Резултати су показали да отпад од-пвц од ПВЦ-а, укључујући меке/тврде ПВЦ цеви и ПВЦ жице, показује сличну реактивност на 30 степени.
У практичним применама, мешани пластични отпад може да унесе различите адитиве и нечистоће у јонску течну фазу. Они могу да утичу на брзину реакције или да се акумулирају у слоју гушће јонске течности, али органска фаза и даље може да генерише значајне количине течних алкана-без хлора и гасовитог изобутана у року од два сата.
Када је ПВЦ отпад након{0}}употребе помешан са чврстим материјалом од полиетилена високе -полиетиленске боце, постигнута је скоро-квантитативна конверзија чврсте супстанце на 80 степени, са изобутаном као главним производом. Иако је диспропорција изопентана неизбежна у присуству карбокатјона, она се углавном јавља у раним фазама реакције.
Око 40–66% производа је гасовити изобутан, који се може рециклирати заједно са неизреагованим изопетаном као компонентама за алкилацију, наглашавајући ефикасност и одрживост процеса.
Ова технологија се бави кључним питањем дистрибуције производа у претварању мешаног пластичног отпада у гориво и на њу не утичу нечистоће или хетерогеност у пластичној мешавини.
У овом реакционом систему, дихлорометан разблажује јонску течност, смањујући вискозитет и локални отпор преноса масе. Такође се може потпуно опоравити и поново користити заједно са свим лаким производима дестилацијом.
Све у свему, овај рад нуди трансформативни и скалабилан процес у једном-корак за рециклирање мешаног ПВЦ и полиолефинског отпада. Смањењем потрошње енергије, смањењем потреба за опремом и елиминисањем међукорака, значајно побољшава ефикасност и исплативост-и истовремено смањује утицај на животну средину.
Поред тога, овај{0}}метод у једном{0}}корак претвара различит пластични отпад у-производе високе вредности са побољшаним квалитетом, постављајући темеље за индустријске-примену.
Као што је поменуто, Џанг Веј је први аутор рада, а Јоханес Лерчер, један од ко-кореспондентних аутора, био је његов постдокторски саветник у САД. Током свог боравка у иностранству, Џанг је водио пројекте о деградацији пластичног отпада које финансира Министарство енергетике САД и о хидрогенацији ЦО2 за више-угљеничне посуде, кључно решење за угљеник, синтетизовано гориво, синтетизовани алкохол коришћење ресурса у индустријској катализи.
Сада водећи своју истраживачку групу на Универзитету Источне Кине, Зханг се фокусира на четири главне области:
Валоризација отпадних ресурса угљеника (пластика/биомаса) кроз термичке, фотонске, електрохемијске и каталитичке технологије спајања.
Каталитичко крекинг тешких парафинских угљоводоника и алкилација лаких алкана за иновирање стандардне производње бензина.
Каталитичка конверзија Ц1 молекула (ЦО2/ЦО) у-носаче енергије велике густине.
Развијање каталитичких реакција и система који користе воду као извор водоника и медијум.
Према универзитету, Зханг ће даље промовисати индустријализацију зелене каталитичке технологије кроз пилот сарадњу са петрохемијским компанијама. Такође ће искористити вештачку интелигенцију за развој ефикаснијих каталитичких система, разјаснити механизме конверзије пластике на атомском нивоу-и омогућити крај-до-иновације од лабораторије до индустрије.