Никелевый катализатор в переработке пластика: отходы превращаются в ценные ресурсы

Исследователи из Северо-Западного университета (Northwestern University, США) разработали новаторский процесс, который может упростить вторичную переработку пластмасс. Они представили технологию, позволяющую эффективно преобразовывать смешанные пластиковые отходы непосредственно в высококачественные продукты — смазочные материалы, воски и топливо. Ключевым элементом этого подхода стала разработка высокоэффективного и дешевого никелевого катализатора, способного селективно расщеплять полиолефины.

В основе метода лежит процесс гидрогенолиза, при котором молекулярный водород в присутствии катализатора разрывает устойчивые углерод-углеродные связи в пластиках. В отличие от традиционных подходов, требующих применения дорогостоящих катализаторов на основе платины или палладия, команда предложила использовать одноцентровый никелевый катализатор. Его главными преимуществами являются существенно более мягкие условия процесса — работа при более низких температурах и давлении, а также значительно меньший расход каталитического материала.

«По сравнению с другими катализаторами на основе никеля, в нашем процессе используется одноцентровый катализатор, работающий при температуре на 100 градусов ниже и при вдвое меньшем давлении водорода. Кроме того, мы используем в 10 раз меньше катализатора, а наша активность в 10 раз выше. Таким образом, мы выигрываем во всех параметрах», — сказал соавтор Йоси Кратиш (Yosi Kratish).

Принцип действия катализатора напоминает работу молекулярного скальпеля: он выборочно воздействует на определенные химические связи в разветвленных полиолефинах, не затрагивая остальные. Это обеспечивает исключительно чистый и эффективный процесс химической деструкции для смесей различных пластиков, результатом которого становятся воски и масла высшего качества, пригодные для дальнейшего использования.

Наиболее удивительное открытие ждало ученых, когда в перерабатываемой смеси оказался поливинилхлорид (ПВХ). Этот вид пластика традиционно считается «отравителем» катализаторов, так как даже его незначительные примеси обычно полностью останавливают процесс переработки. Однако в данном случае ПВХ не только не нарушил работу катализатора, но и неожиданно повысил его эффективность.

«Добавление ПВХ в перерабатываемую смесь всегда было запрещено. Но, по-видимому, это делает наш процесс еще лучше. Это безумие. Такого точно никто не ожидал. Даже когда ПВХ составлял четверть отходов, катализатор продолжал работать с лучшими результатами. Эта неожиданная устойчивость может позволить переработчикам справиться с потоками ранее „неперерабатываемого“ пластика», — пояснил Йоси Кратиш.

Как отмечает старший автор исследования Тобин Маркс, данная разработка способна коренным образом изменить экономику переработки пластика: «Наш новый катализатор может обойти этот дорогостоящий и трудоемкий этап вторичной переработки обычных полиолефинов, сделав переработку более эффективной, практичной и экономически выгодной, чем существующие стратегии».

Внедрение этой технологии в промышленном масштабе открывает путь к кардинальному решению проблемы пластикового загрязнения. Вместо накопления на свалках отходы превращаются в ценное сырье, замыкая цикл использования материалов и трансформируя глобальную экологическую проблему в источник ресурсов.