Alkalinis terminis apdorojimas: plastikas į vandenilį

Įsivaizduokite gazuoto gėrimo butelį, maisto prekių maišelį ir bamperio dangtelį, sudėtus vieną ant kito ir pasmerktus sąvartynui. Jų vieta nėra ten. Jie užsispyrę. Jie atsisako rūšiuotis. Ir iki šiol šis užsispyrimas buvo viena priežasčių, kodėl tik menka plastiko dalis yra perdirbama: maždaug 9% perdirbama, 79% užkasta, 12% sudeginama.

Tyrėjai iš UCLA Samueli ir Ewha Womans University turi kitokią idėją: traktuoti šiukšles kaip žaliavą. Vietoj kruopštaus plastiko rūšiavimo, į vieną reaktorių galima tiekti mišrią PET, PE ir PP partiją ir išgauti vandenilį. Svarbiausias dalykas yra alkalinis terminis apdorojimas, arba ATT, cheminis procesas, kuriame karštas natrio hidroksidas atima vandenilį nuo anglies grandinių ir tuo pačiu fiksuoja anglį kaip kietą mineralą, o ne išleidžia ją kaip CO2.

Metodas veikia. Laboratoriniuose bandymuose procesas pagamino vandenilio srautus, kurių grynumas iš nesortuotų mišinių viršijo 90%. Dar svarbiau, tai pasiekiama žymiai švelnesnėmis sąlygomis nei tradicinė garų gazyfikacija, maždaug 300–400 °C mažesnė temperatūra, o tai sumažina energijos poreikį ir įrangos apkrovą.

Kodėl PET pradžioje atidavė daugiau vandenilio nei polietilenas ar polipropilenas? Tai cheminių ryšių klausimas. PET jau turi oksiduotus junginius, kuriuos gali užpulti alkaliniai reagentai. PE ir PP susideda iš tvirtų anglies–vandenilio ryšių; jos vandenilį atiduoda sunkiau. Tyrėjai tai išsprendė trumpa termine oksidacijos išankstine apdorojimo procedūra: trumpas įkaitinimas ore prideda ant polimerų grandinių oksigeninių grupių. Šios naujos vietos tampa prieigos taškais natrio hidroksidui ATT žingsnyje.

Dauguma anglies iš plastikų nepatenka į orą. Natrio hidroksidas surenka anglies išsiskyrimą suskaidymo metu ir paverčia jį kietuoju natrio karbonatu. Po apdorojimo daugiau nei trys ketvirtadaliai plastiko pradinės anglies liko stabiliuose karbonato druskose arba skystuose organiniuose likučiuose. Mažiau nei 13% išsiskyrė į dujinę fazę, o tiesioginių CO2 emisijų buvo labai mažai. Paprastas atstatymo žingsnis gali paversti natrio karbonatą kalcio karbonatu, nuolatine mineraline saugykla, kurią pramonė jau naudoja.

Šis metodas gamina aukštos grynumo vandenilį ir tuo pačiu sequestruoja daugumą žaliavos anglies kaip nekenksmingą mineralą, todėl tai retas laimėjimas energetikos ir atliekų tvarkymo srityse.

Anksčiau taikytos žemos temperatūros taktikos, pavyzdžiui, saulės fotoreformavimas ar elektrocheminiai metodai, paprastai veikia tik su oksiduotais plastikai, tokiais kaip PET, ir palieka PE bei PP, kurie dominuoja atliekų sraute. Aukštos temperatūros gazyfikacija gali apdoroti mišrias žaliavas, bet tai turi CO2 kainą. ATT yra pirmasis požiūris, parodytas sprendžiantis tris iššūkius vienu metu: nesortuotą plastiką, atsparius poliolefinus ir anglies emisijas.

Kas vadovavo darbui? Ah‑Hyung "Alissa" Park iš UCLA Samueli ir Woo‑Jae Kim iš Ewha yra bendraautoriai ir kontaktiniai autoriai tyrimo, paskelbto žurnale „Nacionalinės mokslų akademijos leidinys“.

Ar tai paruošta gamykloms? Ne dar. Laboratoriniai duomenys yra įtikinami, tačiau metodas reikalauja inžinerinio masto didinimo, našumo optimizavimo ir aiškaus ekonominio pagrindimo, kad galėtų konkuruoti su įprastais perdirbimo ar vandenilio gamybos keliais. Reikės atidžiai išnagrinėti sąnaudas, katalizatorių perdirbamumą ir išankstinio apdorojimo energijos sąnaudas.

Vis dėlto įsivaizduokite sąvartynus iš naujo: ne tik vietas problemoms užkasti, bet darinius, kuriuos galima panaudoti švariam vandeniliui gauti. Tai galimybė, kurią šis tyrimas pranašauja, o kitas iššūkis bus įrodyti, kad procesas gali veikti tokia sparta ir mastu, kokio reikalauja šiuolaikinis atliekų srautas.