Как современные технологии используются в переработке отходов

Из пластика — в компост

На минувшей неделе в авторитетном научном журнале Nature была опубликована статья с названием, которое может отпугнуть далекого от науки человека: «Почти полная деполимеризация полиэфиров с помощью нанодисперсных ферментов». В действительности эта статья, подготовленная группой ученых во главе с профессором химии и материаловедения Калифорнийского университета в Беркли Тин Сюй, посвящена не какому-то узкому теоретическому вопросу, а решению вполне практической проблемы. Госпожа Тин и ее коллеги обнаружили, каким образом в домашних условиях можно превратить пластик в компост.

Речь идет о биоразлагаемом пластике, который, если судить по самому названию, и так должен разрушаться под воздействием естественной среды. Однако на практике все не так просто: защитники окружающей среды критикуют такой пластик за то, что на самом деле он нередко просто создает микропластик или разлагается слишком медленно. Как отмечает госпожа Тин, «биоразлагаемость не равна формированию компоста» — основная часть такого пластика попадает на свалки, на которых нет нужных для его разложения температурных и других условий, так что в итоге он разлагается не многим быстрее обычного пластика.Ученые же разработали технологию, при которой такой пластик, снабженный небольшим количеством специальных ферментов, за несколько дней или в крайнем случае недель перерабатывается в обычном компосте или в водопроводной воде.

Основное воздействие этих ферментов состоит в существенном ускорении процесса разложения пластика: фермент «захватывает» концы молекулярных цепочек пластика, разрывает все звенья в них и тем самым полностью перерабатывает их и предотвращает возникновение микропластика. При этом авторы исследования отмечают, что для такой переработки требуется добавление небольшого количества фермента, соответствующего 0,02% массы перерабатываемого пластика. Ученые уже подали заявку на получение патента на эту технологию и создали стартап, который будет развивать ее практическому применение.

Проблема огромного количества пластикового мусора, загрязняющего окружающую среду, продолжает усугубляться. В прошлом году из-за пандемии COVID-19 использование пластика, а значит, и количество пластикового мусора резко выросло. Это связано с огромным количеством средств индивидуальной защиты, таких как маски и перчатки, с распространением доставки товаров и еды из ресторанов, а также с временным отказом от борьбы с одноразовым пластиком. Кроме того, несмотря на все усилия, большая часть пластика пока не перерабатывается. По данным программы ООН по окружающей среде, с 1950-х, когда началось сколько-то широкое применение пластика, по 2015 год в общей сложности было произведено более 8,3 млрд тонн этого материала. Причем почти 80% этого пластика в итоге оказалось на свалках и в окружающей среде, то есть не было переработано. Действительно переработано и использовано снова было лишь 9% пластика, еще 12% было сожжено.

Из пластика — в топливо

Ранее, в апреле, ученые из американского Университета Делавэра опубликовали исследование, посвященное переработке пластикового мусора в топливо. Речь идет о переработке конкретного вида пластиков — полиолефинов (к этому классу относится, например, полиэтилен), из которых производятся пищевая пленка, пакеты и т. д. «Мы сообщаем о прямом способе выборочного превращения полиолефинов в жидкое топливо, в том числе дизельное, авиационное и в углеводороды бензинового ряда»,— отмечают авторы исследования. Хотя технологии переработки пластика в топливо создавались и раньше, в последнее время речь чаще идет о более простых и недорогих способах.

Разработанная учеными Университета Делавэра технология дает возможность перерабатывать пластик при более низких температурах — для этого подходит температура обычной кухонной плиты, без добавления диоксида углерода и с расходом на это электроэнергии на 50% меньше, чем предполагали более ранние варианты. Речь идет о так называемом гидрокрекинге — разрыве углеродных связей в пластике при добавлении катализаторов, созданных из минералов-цеолитов и смеси оксидов металлов.

По отдельности эти катализаторы действуют слабо. Но в сочетании они творят чудеса, расплавляя пластик и не оставляя никаких его частиц,— отмечает профессор химических и биомолекулярных технологий Университета Делавэра Дионисиос Влахос.— Это не экзотические материалы, так что мы можем быстро начать думать, как использовать эту технологию».

Мусор — на пользу обществу

Исследователи работают и над переработкой пластика в различные сложные химические вещества, имеющие широкое практическое применение. Один из примеров — разработки химиков Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, представленные в октябре прошлого года. Ученые создали простую и не требующую большого количества энергии технологию преобразования полиэтилена в алкильные ароматические соединения. Это вещества, используемые при изготовлении многих моющих средств, красок, растворителей, лекарств и т. д.

Разработанная технология позволяет производить такие преобразования при температуре примерно 300°C (для обычного производства алкильные ароматических соединений требуется температура от 500°C до 1000°C). Для запуска процесса необходим катализатор, содержащий наночастицы платины, он используется при нефтепереработке. Процесс идет в течение 24 часов. Метод был протестирован на настоящем пластиковом мусоре — полиэтиленовых пакетах и крышках бутылок, в первом случае 69% пластика превратилось в жидкость, содержащую алкильные ароматические соединения, во втором — 55%.

Полиэтилен — один самых часто используемых и производимых пластиков в мире, идет огромный поток таких отходов,— комментирует это исследование специалист по химическим технологиям Утрехтского университета Берт Веркхейзен.— Они могут превращать малоценный продукт в ценный продукт».