Китайские учёные нашли дешёвый способ превращать пластиковый мусор в авиационное топливо
Китайские химики предложили превращать отходы полиэтилена и полипропилена в углеводородное топливо, сходное по составу с авиационным керосином. Это давняя идея, которая пока не получила широкого развития из-за использования дорогих катализаторов на основе золота и платины. Китайские исследователи нашли им недорогую альтернативу в виде кобальта и никеля, что обещает прорыв в утилизации пластиковых отходов и синтезе топлива.
Источник изображения: ИИ-генерация ChatGPT/3DNews
Технологию разработала объединённая группа Шанхайского института перспективных исследований (Shanghai Advanced Research Institute) Китайской академии наук и Фуданьского университета (Fudan University), а результаты были опубликованы в журнале Applied Catalysis B: Environment and Energy. Сырьём для исследования послужили полиолефины — главным образом полиэтилен и полипропилен, на которые во всём мире приходится более 60% пластиковых отходов. Длинные молекулярные цепи полиолефинов состоят почти исключительно из углерода и водорода, поэтому после контролируемого расщепления могут стать источником алканов C8–C16 — основной углеводородной фракции авиационного топлива.
Исследователи создали биметаллический катализатор 10Ni–2Co/SiO2, содержащий никель и кобальт на носителе из диоксида кремния. При гидрогенолизе полиэтилена — расщеплении связей углерод–углерод в присутствии водорода — процесс проходил при температуре 280 °C и давлении водорода 3 МПа. Выход жидких продуктов достиг 82,3%, причём 79% этой жидкости составляли целевые углеводороды диапазона C8–C16. Таким образом, непосредственный выход необходимой керосиновой фракции составил около 65,1% от исходного пластика, что превышает показатели многих ранее испытанных систем гидрогенолиза и пиролиза.
Ключевую роль сыграла небольшая добавка кобальта, изменившая электронное состояние никеля. На поверхности катализатора одновременно образовывались металлические активные центры, которые совместно активировали водород и облегчали разрыв внутренних связей C–C в полимерной цепи. Это важно, поскольку в прежних случаях преимущественно расщеплялись концевые связи цепочек, что вело к образованию метана и слишком лёгких газов, а это означало прямые потери конечного продукта. Новый катализатор поддерживал процесс и одновременно ограничивал чрезмерное дробление молекул, направляя реакцию в нужное русло для синтеза жидких соединений требуемой длины.
Катализатор показал высокую эффективность не только при переработке лабораторного полиэтилена, но и при использовании различных реальных отходов полиолефинов. По расчётам жизненного цикла, при использовании возобновляемой энергии углеродный след процесса может быть примерно на 80% ниже, чем у традиционного производства соответствующих углеводородов.
Потенциально низкая стоимость процесса связана прежде всего с заменой дорогих рутения, платины и других благородных металлов в катализаторах более доступными никелем и кобальтом. Однако исследование пока не вышло за пределы лаборатории, и до конца неясно, как процесс покажет себя в условиях реального производства.
© 3DNews
