Пластмассы — это материалы, основой которых чаще всего являются синтетические полимеры. Перечислить все сферы применения пластмасс очень сложно: эти материалы используются при производстве упаковок самых разнообразных типов, электротехники, мебели, медицинского оборудования и т.д. При этом процесс изготовления большей части пластмасс назвать экологичным довольно сложно: они, как правило, производятся из полимеров, получаемых из нефти, угля или природного газа. Утилизация пластмасс вызывает еще больше вопросов — разлагаются они не одну сотню лет, а значит, их необходимо перерабатывать.
Сам по себе процесс переработки пластика не представляет собой ничего сложного: пластик нужно измельчить, расплавить, а затем отлить из него новую продукцию.
Но этот способ работает исключительно в том случае, если весь подвергающийся переплавке пластик принадлежит к одному типу и обладает очень высокой степенью чистоты (а на практике такое случается достаточно редко). Существуют, конечно, и другие способы переработки, но они требуют серьезных затрат энергии и ресурсов — высокого давления, а также температуры более 400°C. Кроме того, такая переработка разлагает пластмассы на многочисленные составляющие — углеводородные соединения, но с ними потом очень сложно работать.
Китайские и американские ученые разработали новый способ утилизации пластиковых отходов, который значительно отличается от существующих ныне — хотя бы тем, что после его применения пластик перестает быть пластиком. Ученые работали с полиэтиленом, который является самой распространенной в мире пластмассой. С полным текстом работы можно ознакомиться в журнале Science Advances.
Полиэтилен представляет собой длинную цепь соединения углерода с водородом, и задача при переработке полиэтилена состоит в том, чтобы разбить эту цепь на более короткие кусочки, которые могут быть использованы для создания других веществ.
Разработанный учеными метод состоит из двух этапов, каждый из которых проходит при участии катализатора. Первый катализатор — это молекулы, в состав которых входит атом иридия (очень твердого серебристо-белого металла платиновой группы). Этот катализатор как бы выталкивает водород из цепи углеродного остова полиэтилена. Когда полиэтилен теряет водород, некоторые одинарные связи между атомами углерода становятся двойными — после этого становится возможным применение второго катализатора.
Второй катализатор основан на атомах рения (плотного серебристо-белого переходного металла) и алюминия с добавлением соединений нефти. Под действием этого вещества двойные связи между атомами углерода разрываются, и к концам получившихся кусочков присоединяются молекулы соединений нефти. Но на этом процесс не заканчивается: в ходе первой химической реакции, как уже говорилось, атомы водорода выталкиваются из цепочки, что приводит к образованию двойных связей между атомами углерода. Но этот же самый водород может использоваться повторно для превращения двойных связей обратно в одинарные — и тогда весь процесс повторяется снова.
Авторы исследования утверждают, что после нескольких часов химических реакций длинные молекулярные цепочки, из которых состоит полиэтилен, превращаются в короткие «обрывки». Кстати, без нагревания не обойтись и в этом процессе — однако здесь хватает температуры 150°C.
В конечном итоге полиэтилен распадается на три типа составляющих. Первый — это химические соединения (например, бутан), которые могут использоваться для проведения других химических реакций. Второй — это восковые вещества, которые также можно применять в промышленности, при изготовлении других типов пластика.
И третий тип — это дизельное топливо.
Немного изменяя разные части процесса, ученые смогли влиять на пропорции получающихся восковых веществ и топлива — они утверждают, что топливом может стать бóльшая часть полиэтилена. Среди других плюсов этого способа переработки полиэтилена химики называют высокую эффективность и достаточно мягкие условия прохождения реакции.
Запуск этого процесса переработки пластика в промышленных масштабах может быть запущен в Китае уже в этом году, запатентовать метод ученые собираются в 2017 году.
Превращение полиэтилена в дизельное топливо является реальным способом решения проблемы утилизации пластиковых отходов.
Пластиковые отходы, в частности, представляют собой серьезную угрозу для существования морских экосистем. Так, скопления пластиковых отходов в Мировом океане образуют так называемые мусорные острова — на данный момент их известно пять (один в Индийском океане и по два — в Тихом и Атлантическом). Морские птицы, а также обитатели океана могут заглатывать кусочки пластика, что зачастую приводит к гибели животных. Кроме того, пластик впитывает в себя другие загрязняющие воду вещества, превращаясь в их разносчика и заражая ими еще большую территорию. По оценкам ученых, ежегодно в океаны сбрасывается около 8 млн тонн пластиковых отходов, которые попадают в организмы 90% морских птиц. В январе появился прогноз ученых, по которому к 2050 году масса пластика в океане сравняется с массой обитающих в нем рыб.