Как из пластмассы сделать топливо — знают китайские и американские ученые

Ученые из Китая и США предложили метод, который позволит получать топлива из полиэтилена — материала, который составляет значительную часть выбрасываемого мусора человечеством пакетов, бутылок, пленки и многое другое.

Для этого они используют два катализатора, способны разложить полимерные цепочки полиэтилена, превращая его в жидкое топливо и другие материалы. В разработке находятся более быстрые версии катализаторов.

Каждый год в мире в отходы уходит не менее 100 000 000 тонн полиэтилена, которые составляют 60% пластмасс на свалках Земли. Полиэтилен — полимерный материал, состоящий из миллионов звеньев, в каждом из которых два атома углерода и четыре атома водорода. Молекулярные цепочки могут быть простыми или разветвленными, что влияет на прочность и плотность материала.

Большинство разновидностей полиэтилена очень устойчивы к химическому разрушению. Для разложения полиэтилена химики во главе с Чжибинь гуано (Zhibin Guan) из Калифорнийского университета в Ирвайне и Чжэном Хуаном (Zheng Huang) из Китайской академии наук в Шанхае предложили перепрофилировать два существующих катализатора, которые ранее использовались, чтобы связывать другие химические вещества — алканы — в более длинные углеводородные цепочки, составляющие дизельного топлива.

Когда эти два катализатора добавляют к алканов с короткими молекулами, первый из них отрывает атомы водорода от углерода. Образующиеся свободные валентности приводят к возникновению двойных химических связей между соседними атомами углерода. Такая связь оказывается слабее одинарной, поэтому ее может разорвать второй катализаторов. Полученные фрагменты алканов реагируют друг с другом, образуя смесь короткомолекулярных и среднемолекулярные алканов (с 10 — 12 атомами углерода). Последние и служат ингредиентом дизельного топлива.

Чжибинь Гуань и Чжэн Хуан решили применить этот метод к полиэтилену. Они смешали полиэтиленовые отходы с короткими алканами и добавили те же два катализатора. Эксперимент показал, что катализаторы действуют по своей обычной схеме, разрывая молекулярные цепочки и заставляя полученные фрагменты реагировать между собой. Но продукты реакции пока не достигают размеров углеводородов, используемых в ценных видах топлива.

Еще один недостаток метода — медленная работа катализаторов, которым разложения полиэтилена требуется сутки или более. Авторы исследования работают над улучшением своей методики, чтобы однажды добиться нового применения для миллионов тонн полиэтиленовых отходов.