Mokslininkų komanda pristatė naują būdą, kaip iš mišrių plastiko atliekų išgauti didelio grynumo vandenilį jų iš anksto nerūšiuojant. Metodas orientuotas į tris dažniausiai buitinių pakuočių sraute sutinkamas plastiko rūšis ir, tyrėjų teigimu, gali vienu metu mažinti atliekų kiekį bei prisidėti prie mažiau taršios energetikos.
Tyrimą bendrai vykdė Kalifornijos universiteto Los Andžele (UCLA) Samueli inžinerijos mokyklos ir Pietų Korėjos Ehwa moterų universiteto mokslininkai. Rezultatai publikuoti žurnale Proceedings of the National Academy of Sciences, kur pateikiama vadinamoji šarminė termocheminė apdorojimo schema, pritaikyta plastikams.
Kaip veikia naujas procesas?
Siūlomas metodas remiasi plastiko kaitinimu kartu su natrio hidroksidu, kuris reakcijos metu padeda iš organinės žaliavos išlaisvinti vandenilį. Skirtingai nei tradicinė garinė dujinimo technologija, čia siekiama mažesnių temperatūrų, todėl teoriškai galima sumažinti energijos sąnaudas ir išlaikyti stabilesnį proceso valdymą.
Eksperimentuose daugiausia dėmesio skirta polietilentereftalatui, polietilenui ir polipropilenui. Tyrėjai nurodo, kad iš šių mišinių pavyko gauti daugiau nei 90 proc. grynumo vandenilį viename reaktoriuje, o pirminio rūšiavimo poreikis, kuris dažnai brangina ir lėtina perdirbimą, iš esmės eliminuojamas.
Komanda taip pat pažymi, kad polietilenas ir polipropilenas iš pradžių buvo mažiau efektyvūs vandenilio išeigai nei polietilentereftalatas. Tam pritaikyta papildoma paruošiamoji stadija, kai plastikas trumpai termiškai oksiduojamas ore, kad vėlesnėje reakcijoje jis skaidytųsi aktyviau.
Kur keliauja plastiko anglis?
Vienas svarbiausių klausimų tokiuose procesuose yra anglies likimas. Mokslininkai teigia, kad reakcijos metu išsiskirianti anglis natrio hidroksido aplinkoje daugiausia surišama ir virsta kietuoju natrio karbonatu, o ne pasišalina į atmosferą kaip anglies dioksidas.
Pagal pateiktą analizę daugiau nei 75 proc. pradinės plastiko anglies virto stabiliu karbonatu arba skystais organiniais likučiais. Mažiau nei 13 proc. anglies aptikta dujinėje fazėje, o tiesioginės anglies emisijos reakcijos metu, kaip skelbiama, buvo nedidelės.
Be to, natrio karbonatą galima paversti kalcio karbonatu, taip anglies junginius fiksuojant mineralo pavidalu. Kalcio karbonatas plačiai naudojamas pramonėje, todėl ši grandis potencialiai gali tapti papildomu būdu panaudoti reakcijos produktus, nors praktinis įgyvendinimas priklausytų nuo sąnaudų ir mastelio.
Kodėl tai svarbu vandenilio rinkai?
Vandenilis laikomas vienu iš dekarbonizacijos įrankių, ypač pramonėje ir transporte, kur elektrifikacija ne visada paprasta. Tačiau didelė dalis šiandien rinkoje esančio vandenilio gaminama iš iškastinio kuro, todėl klimato nauda priklauso nuo gamybos būdo, energijos šaltinių ir visos tiekimo grandinės.
Tyrėjų siūloma schema įdomi tuo, kad vienu procesu sprendžia dvi problemas: plastiko atliekų perteklių ir žaliavos paiešką mažiau taršiam kurui. Vis dėlto mokslininkų laboratoriniai rezultatai dar nėra pramoninis sprendimas: reikėtų įvertinti energijos balansą, cheminių reagentų regeneravimą, įrenginių atsparumą korozijai bei galutinę vandenilio kainą, kai procesas būtų didinamas iki realių atliekų srautų.
„Mes sprendžiame dvi globalias problemas vienu metu: plastiko atliekos auga grėsmingu tempu, o švarus vandenilis reikalingas energetikos dekarbonizacijai. Ši technologija abi užduotis sujungia kūrybiškai ir su potencialu didinti mastą“, – sakė bendraautorė Alyssa Park.
Pastaraisiais metais daugėja tyrimų, ieškančių alternatyvų tradiciniam plastiko perdirbimui, nes mechaninis perdirbimas ne visada tinka užterštoms ar mišrioms atliekoms. Cheminiai metodai, įskaitant skaidymą į žaliavas ar dujas, gali tapti papildoma grandimi, jei bus įrodyta jų ekonominė ir aplinkosauginė nauda realiomis sąlygomis.