Ученые из Китая и США предложили метод, который позволит получать топлива из полиэтилена – материала, который составляет значительную часть выбрасываемого человечеством мусора: пакетов, мешков для мусора, упаковочной пленки и многого другого. Для этого они используют два катализатора, способные разложить полимерные цепочки полиэтилена, превращая его в жидкое топливо и другие материалы. В разработке находятся более быстрые версии катализаторов.
Каждый год в мире в отходы идет не менее 100 миллионов тонн полиэтилена, которые составляют 60 % пластмасс на свалках Земли. Полиэтилен – полимерный материал, состоящий из миллионов звеньев, в каждом из которых два атома углерода и четыре атома водорода. Молекулярные цепочки могут быть простыми или разветвляющимися, что влияет на прочность и плотность материала. Большинство разновидностей полиэтилена очень устойчиво к химическому разрушению. Для разложения полиэтилена химики во главе Чжибинь Гуанем (Zhibin Guan) из Калифорнийского университета в Ирвайне и Чжэном Хуаном (Zheng Huang) из Китайской академии наук в Шанхае предложили перепрофилировать два существующих катализатора, которые ранее использовались, чтобы связывать другие химические вещества – алканы – в более длинные углеводородные цепочки, составляющие дизельное топливо.
Когда эти два катализатора добавляют к алканам с короткими молекулами, первые из них отрывает атомы водорода от углерода. Образующиеся свободные валентности приводят к возникновению двойных химических связей между соседними атомами углерода. Такая связь оказывается слабее одинарной, поэтому ее может разорвать второй катализаторов. Получающиеся фрагменты алканов реагируют друг с другом, образуя смесь короткомолекулярных и среднемолекулярных алканов (с 10 – 12 атомами углерода). Последние и служат ингредиентом дизельного топлива.
Чжибинь Гуань и Чжэн Хуан решили применить этот метод к полиэтилену. Они смешали полиэтиленовые отходы с короткими алканами и добавили те же два катализатора. Эксперимент показал, что катализаторы действуют по своей обычной схеме, разрывая молекулярные цепочки и заставляя получившиеся фрагменты реагировать между собой. Но продукты реакции пока не достигают размеров углеводородов, используемых в ценных видах топлива. Еще один недостаток метода – медленная работа катализаторов, которым на разложение полиэтилена требуется сутки или более. Авторы исследования работают над улучшением своей методики, чтобы однажды добиться нового применения для миллионов тонн полиэтиленовых отходов.
Результаты эксперимента опубликованы в журнале Science Advances.
