Хотя до заправки автомобиля бензином из старых бутылок еще далеко, томские политехники сделали важный шаг в этом направлении.
В Томском политехническом университете придумали, как превратить горы пластикового мусора в обычный бензин, который можно заливать в машину. Ученые из этого вуза предложили двухступенчатую технологию, которая позволяет получать из отходов полипропилена полноценные топливные компоненты. Сейчас результаты их работы опубликованы в журнале Polymers, а главное — полученное топливо полностью соответствует всем государственным стандартам, которые предъявляют к коммерческому горючему.
Проблема с пластиковым мусором с каждым годом становится все острее, и один из самых перспективных путей ее решения — это пиролиз, то есть термическое разложение отходов под воздействием высокой температуры. Этот процесс позволяет вытянуть из ненужного пластика углеводороды, а они как раз и составляют основу бензина. Получается, что технология убивает двух зайцев: помогает утилизировать мусор и дает дополнительное сырье для производства топлива.
Томские политехники пошли дальше обычного пиролиза. Вся процедура у них проходит в два этапа. Сначала они берут отходы полипропилена и нагревают их до 450 градусов при обычном атмосферном давлении. Так они выделяют из мусора так называемую бензиновую фракцию — жидкую смесь, которая уже отдаленно напоминает топливо. Но это только полдела. Полученную жидкость пропускают через специальный алюмокобальтмолибденовый катализатор в условиях гидронасыщения. И вот тут как раз и начинается самое интересное.
Дело в том, что при обычном пиролизе в жидкости остается слишком много алкенов и ароматических углеводородов — это делает продукт непригодным для продажи в качестве коммерческого бензина. Двухэтапный метод томских ученых позволяет очистить эту смесь от вредных примесей. Исследователи провели серию экспериментов, меняя температуру и скорость подачи сырья, чтобы понять, как эти параметры влияют на конечный продукт. Один из авторов работы, доцент Илья Богданов, пояснил, что благодаря детальному изучению этих режимов им удалось добиться получения бензиновых компонентов именно нужного состава.
В ходе экспериментов ученые выявили две ключевые точки. Если нагревать смесь до 350 градусов и подавать сырье со скоростью 0,51 миллилитра в минуту, то на выходе получается продукт с минимальным содержанием вредных алкенов и бензола. Но у этого варианта есть минус — октановое число получается невысоким, всего 58,7 пунктов. Если же снизить температуру до 300 градусов и увеличить подачу до 0,85 миллилитра в минуту, то октановое число подскакивает до 72,9. Однако такую фракцию уже нельзя использовать в чистом виде — ее придется смешивать с другими компонентами, чтобы сбалансировать свойства.
Исследователи выяснили, сколько именно таких переработанных компонентов можно добавлять в обычное топливо, чтобы получить привычные марки. Для самого распространенного АИ-92 доля такого вторичного сырья может доходить до 25 процентов от общего объема. Для АИ-95 этот показатель ниже — не больше 15 процентов. В АИ-80 можно добавлять до 35 процентов, а вот в премиальный АИ-98 — всего лишь 5 процентов. При этом, как заверил лаборант Даниил Еронский, даже с такой добавкой бензин по всем своим свойствам будет полностью соответствовать строгим требованиям государственных стандартов для коммерческого топлива.
Сейчас коллектив ученых из Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий, Инженерной школы природных ресурсов и Инженерной школы энергетики ТПУ продолжает работу. Они хотят еще больше улучшить качество получаемых фракций и адаптировать технологию так, чтобы ее можно было запустить в промышленных масштабах.
До этой работы пиролиз пластика в топливо считался «грязным» процессом, дающим нестабильный продукт. Многие умеют превращать полиэтилен в жидкость, но она содержит слишком много примесей и быстро закоксовывает двигатели. Отличие томской разработки в том, что они детально изучили именно второй этап — гидронасыщение, — и подобрали параметры, при которых происходит качественное облагораживание фракции.
Слабое место исследования — масштабируемость. Эксперименты проведены на маленьких лабораторных объемах. Никто не гарантирует, что при увеличении производительности в тысячу раз катализатор не потребует замены каждые сутки. Авторы говорят, что для АИ-98 можно добавить только 5 процентов — это немного. Возможно, в погоне за октановым числом приходится жертвовать экологичностью, и наоборот. Иными словами, успех в пробирке — еще не успех на бензоколонке.
Ранее ученые придумали новый способ фильтрации нефти.