Ученые из Кембриджского университета разработали солнечный реактор, позволяющий перерабатывать трудноутилизируемые виды пластиковых отходов с одновременным получением водорода и химических продуктов. Результаты работы опубликованы в журнале Joule.
Технология основана на процессе фотокаталитического разложения пластика с использованием кислоты, извлеченной из отработанных автомобильных аккумуляторов. Таким образом, система объединяет два потока отходов — пластиковые материалы и аккумуляторную кислоту — в единую технологическую цепочку.
По данным исследователей, глобальное производство пластика превышает 400 млн тонн в год, при этом перерабатывается лишь около 18%. Значительная часть отходов либо сжигается, либо захоранивается, либо попадает в окружающую среду.
Предложенный подход ориентирован прежде всего на сложные для переработки материалы, включая нейлон, полиуретановые пены и загрязненные пластиковые фракции, для которых в настоящее время отсутствуют эффективные решения.
Технологический процесс включает два этапа. На первом этапе пластик обрабатывается кислотой, что приводит к разрушению полимерных цепей и образованию более простых химических соединений, таких как этиленгликоль. На втором этапе эти соединения под воздействием солнечного света и фотокатализатора преобразуются в водород и уксусную кислоту.
Ключевым элементом разработки стал устойчивый фотокатализатор, способный работать в агрессивной кислотной среде. По словам руководителя исследования Erwin Reisner, ранее считалось, что использование кислот в подобных системах невозможно из-за их разрушительного воздействия на материалы.
В лабораторных условиях реактор продемонстрировал стабильную работу более 260 часов без снижения эффективности, а также высокие показатели выхода водорода и селективности по уксусной кислоте.
Отдельное внимание в работе уделено использованию отходов аккумуляторной промышленности. Отработанные автомобильные батареи содержат от 20 до 40% кислоты, которая после извлечения свинца обычно нейтрализуется и утилизируется. В предлагаемой системе этот ресурс используется повторно, что позволяет снизить экологическую нагрузку.
По оценке авторов, применение кислоты повышает скорость образования водорода и может снизить стоимость технологии по сравнению с другими методами фотокаталитической переработки.
Разработчики подчеркивают, что технология не рассматривается как замена традиционной переработки, но может дополнить ее за счет обработки смешанных и загрязненных пластиковых потоков, которые сегодня практически не вовлекаются в повторное использование.
Среди ключевых задач на следующем этапе — масштабирование технологии и разработка реакторов, способных работать в промышленных условиях при высокой коррозионной нагрузке.
Как отмечают исследователи, предложенный подход демонстрирует возможность перехода к циркулярным моделям, в которых отходы различных отраслей становятся ресурсом для новых технологических процессов.