Ученые разрабатывают новый способ одновременного решения двух глобальных проблем: загрязнения пластиком и спроса на чистую энергию. Используя солнечный свет, они находят способы превращать выброшенный пластик в полезное топливо.

Недавнее исследование под руководством кандидата наук Университета Аделаиды Сяо Лу изучает, как системы на солнечной энергии могут преобразовывать пластиковые отходы в водород, синтез-газ и другие промышленные химикаты. Такой подход может помочь создать более устойчивую циркулярную экономику, придавая новую ценность материалам, которые обычно выбрасываются.

Ежегодно в мире производится более 460 миллионов тонн пластика, и большая его часть загрязняет землю и океаны. В то же время необходимость отказа от ископаемого топлива усилила поиск более чистых альтернатив энергии.

Исследование, опубликованное в Chem Catalysis, показывает, что пластик, богатый углеродом и водородом, можно рассматривать как ресурс, а не просто как отходы.

«Пластик часто воспринимается как серьезная экологическая проблема, но он также представляет собой значительную возможность», — сказала г-жа Лу. «Если мы сможем эффективно превращать пластиковые отходы в чистое топливо с помощью солнечного света, мы сможем одновременно решить проблемы загрязнения и энергетики».

Метод, называемый солнечным фотореформингом, основан на светочувствительных материалах, известных как фотокатализаторы. Эти материалы используют солнечный свет для разложения пластика при относительно низких температурах.

В ходе этого процесса пластик может быть преобразован в водород — чистое топливо, не производящее выбросов в точке использования, а также в другие ценные промышленные химикаты.

По сравнению с традиционным расщеплением воды для производства водорода, этот подход может быть более энергоэффективным. Пластик легче окисляется, что требует меньше энергии для реакций и увеличивает потенциал для крупномасштабного использования.

По словам старшего автора профессора Сяогуаня Дуаня из Школы химической инженерии Университета Аделаиды, недавние эксперименты дали хорошие результаты.

Исследователи сообщили о высоких уровнях производства водорода, а также о создании уксусной кислоты и даже углеводородов дизельного диапазона. Некоторые системы работали непрерывно более 100 часов, демонстрируя улучшающуюся стабильность и производительность.

Несмотря на этот прогресс, необходимо преодолеть несколько препятствий, прежде чем технология сможет быть широко внедрена.

«Одним из главных препятствий является сложность самих пластиковых отходов», — сказал профессор Дуань. «Разные типы пластика ведут себя по-разному во время конверсии, а такие добавки, как красители и стабилизаторы, могут мешать процессу. Поэтому эффективная сортировка и предварительная обработка необходимы для максимизации производительности и качества продукта».

Другой ключевой вопрос касается самих фотокатализаторов. Эти материалы должны быть высокоселективными и долговечными, способными работать в сложных химических условиях без потери эффективности. Текущие версии могут со временем деградировать, что ограничивает их долгосрочную надежность.

«Все еще существует разрыв между лабораторным успехом и реальным применением», — сказал профессор Дуань. «Нам нужны более надежные катализаторы и лучшие конструкции систем, чтобы технология была эффективной и экономически жизнеспособной в масштабе».

Разделение конечных продуктов также является проблемой. Реакции часто дают смесь газов и жидкостей, которые необходимо разделять с помощью энергоемких процессов. Это может снизить общие экологические преимущества.

Чтобы преодолеть эти проблемы, исследователи подчеркивают необходимость более интегрированной стратегии. Это включает улучшения в дизайне катализаторов, реакторной инженерии и общей оптимизации системы. Новые идеи, которые изучаются, включают реакторы с непрерывным потоком, системы, сочетающие солнечную энергию с тепловой или электрической, и передовые инструменты мониторинга для повышения эффективности.

Заглядывая вперед, команда наметила шаги по масштабированию технологии. Их цели включают повышение энергоэффективности и обеспечение непрерывной промышленной работы в ближайшие десятилетия.

«Это захватывающая и быстро развивающаяся область».