Красноярские ученые предложили новый экологичный способ переработки пластиковых отходов в углеводородное сырье для нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Он основывается на газифицированном «сжигании» полимера, после которого остаются синтетический газ и незначительное количество золы.

Результаты исследования опубликованы в журнале AIP Conference Proceedings.

Загрязнение окружающей среды пластиком – одна из глобальных экологических проблем. Захоранивать или сжигать такие отходы — неэкологично и энергозатратно. Вторичная переработка пластика не может продолжаться вечно, ведь, в конце концов, полимер перестает быть годным для последующей переработки, он осмоляется и становится мусором. На этом фоне перспективной выглядит альтернатива преобразовывать пластиковые отходы в другие сырьевые продукты.

Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» и университетов Красноярска предложили новый метод переработки полимерных отходов в углеводородное сырье. Эта технология может стать альтернативным источником углеводородов, а полученные на выходе продукты могут использоваться как топливо или сырье в нефтехимических процессах.

«Углехимические технологии часто кажутся грязными и неэкологичными, но на сегодняшний день уровень техники позволяет сжигать уголь без выбрасывания многих тонн пыли в воздух. Если уголь сжигать не до углекислого газа и воды, то получаемые полезные продукты – метан, монооксид углерода и водород, можно использовать в различных химических процессах производства углеводородов, топлива и смазочных материалов. По сути, из угля можно получать все те же самые продукты, что и из нефти, но сегодня его в основном используют именно для полного сжигания с целью получения энергии. Однако даже в этом случае полезные продукты сгорания угля можно направить для различных производственных задач. В нашем крае имеются высочайшие компетенции в этой отрасли, которые мы решили применить и показали возможность переработки полимерных отходов с использованием углехимических методов», — рассказал Михаил Симунин, кандидат технических наук, ведущий инженер отдела молекулярной электроники КНЦ СО РАН, доцент СФУ.

При нагревании полимеры разрушаются до соединений с более короткой молекулярной цепью. Ученые воспользовались этим свойством и разложили полимеры низкотемпературным сжиганием в буроугольном газе, что привело к их переработке в углеводородное сырье. В итоге вместо «сожженного пластика» ученые получали различные виды углеводородов, которые перспективны для нефтехимических процессов. При пиролизе отходов образовывался как синтез-газ, состоящий преимущественно из углеводородов не длиннее пентана, так и газойлевый конденсат.

Такой синтетический газ можно в дальнейшем использовать в качестве топлива для производства электроэнергии или пара, а также для производства водорода, а конденсат может быть применён для обычных процессов в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, в частности для изготовления первичных полимеров.

«Изначально перед нами стояла задача синтеза углеродных нанотрубок – перспективного наноматериала, из мусора. Нанотрубки мы, конечно, получили, но в виде побочного продукта получили и странный конденсат. Оказалось, что он сильно похож на нефтепродукт. При сжигании бурого угля методом обратного дутья на фронте горения при высокой температуре он вступает в реакцию с газифицирующим агентом — воздухом, что приводит к получению синтез-газа, который содержит, помимо обычных углекислого газа и воды, водород и метан. Если в такой газовой среде начать нагревать полимерные отходы из алифатических полимеров, например, полиэтилен, полипропилен, то при их пиролизе оборванные участки полимеров пассивируются компонентами синтез-газа, а не соединяются между собой, зацикливаясь и образуя опасные ароматические соединения. Получается, что при разогреве до 500 градусов Цельсия молекулы перерабатываемых пластиковых отходов «разламываются» на более короткие алифатические соединения – алканы», — рассказал Дмитрий Чирков, инженер отдела молекулярной электроники КНЦ СО РАН, сотрудник СибГУ им. М.В. Решетнева.