Вчені з національної лабораторії Оук-Рідж розробили відносно простий спосіб перетворити поліетилен, пластик, який зазвичай використовується в пакетах для покупок і обробних дошках, на паливо, як-от бензин і дизельне паливо. У цьому процесі використовується недорога розплавлена сіль на основі алюмінію, щоб розщепити довгі молекулярні ланцюги пластику на менші вуглеводні, утворюючи бензин, який приблизно на 60% легший […]
Вчені з національної лабораторії Оук-Рідж розробили відносно простий спосіб перетворити поліетилен, пластик, який зазвичай використовується в пакетах для покупок і обробних дошках, на паливо, як-от бензин і дизельне паливо. У цьому процесі використовується недорога розплавлена сіль на основі алюмінію, щоб розщепити довгі молекулярні ланцюги пластику на менші вуглеводні, утворюючи бензин, який приблизно на 60% легший за відносно м’яких умов.
Згідно з веб-сайтом ScienceDaily, дослідники з Національної лабораторії Оук-Ріджа Міністерства енергетики США розробили новий спосіб перетворення поліетилену, одного з найпоширеніших у світі пластмас, на паливо, наприклад бензин і дизельне паливо.
Поліетилен широко використовується в таких продуктах, як сумки для покупок і білі пластикові обробні дошки, і велика його частина потрапляє у відходи. Метод команди ORNL поєднує пластик із розплавленою сіллю, що містить хлорид алюмінію. Ці солі виконують дві функції одночасно, діючи як реакційне середовище та каталізатори, які сприяють хімічним перетворенням.
Дослідники подали заявку на патент на цю техніку, а їхні результати були опубліковані в журналі Американського хімічного товариства.
Як розплавлена сіль розщеплює пластик і перетворює його на паливо
Щоб зрозуміти, чому цей процес працює, вчені уважно стежили за хімічними реакціями, які перетворюють полімери на молекули палива.
Використовуючи м’яку рентгенівську спектроскопію та ядерний магнітний резонанс, дослідники виявили, що заряджений атом алюмінію поєднується з трьома іншими атомами, утворюючи висококислий каталітичний центр. Ці сайти можуть атакувати довгі молекулярні ланцюги, з яких складається поліетилен, розщеплюючи його на більш дрібні молекули вуглеводнів, повідомляє сайт Science Daily.
Додаткові експерименти з використанням ізотопного мічення та розсіювання нейтронів показали, як структура вихідного полімеру впливає на отримане паливо. Простіші полімерні ланцюги, як правило, виробляли бензиноподібні сполуки, тоді як більш складні ланцюги виробляли дизельне паливо.
Якщо цей метод в кінцевому підсумку можна буде розширити за межі лабораторних експериментів, дослідники кажуть, що це може допомогти зміцнити енергетичну безпеку США та промислову конкурентоспроможність.
«Ми розробили ефективне та селективне перетворення поліетилену на бензин», — сказав Рікі Чіу, докторант Університету Теннессі, Ноксвілл. Він виконав більшість експериментів для цього дослідження в лабораторії Shen Dai ORNL в ORNL та UTK. Дай, корпоративний співробітник ORNL і керівник відділу розділення та хімії полімерів, є співавтором цієї статті.
В експериментах ми досягли приблизно 60% виходу бензину за відносно м’яких умов реакції.
Перетворення пластику на бензин при температурі нижче 200 градусів Цельсія
Однією з найбільш помітних особливостей цього методу є те, наскільки малі кількості потрібні порівняно з традиційною технологією перетворення пластику на паливо.
«Використовуючи комерційно доступну неорганічну сіль як реакційне середовище для створення каталітичних сайтів, ми перетворили полімерні відходи на паливо з доданою вартістю», — сказав науковий співробітник ORNL Женьчжен Ян, який також є співавтором статті, як цитується на веб-сайті Science Daily.
«На відміну від традиційних технологій перетворення полімерів у паливо, новий процес не вимагає каталізаторів з дорогоцінних металів, органічних розчинників або зовнішнього водню. Це перший випадок, коли розплавлені солі використовувалися як середовище для виробництва високоцінних хімікатів із відходів при температурах нижче 200 градусів за Цельсієм, без будь-яких каталітичних ініціаторів або розчинників», — додав Женьчжень.
Дослідники з Національної лабораторії Оук-Ріджа Міністерства енергетики США розробили новий спосіб перетворення поліетилену, одного з найпоширеніших у світі пластиків, на паливо, схоже на бензин і дизельне паливо.
Поліетилен широко використовується в таких продуктах, як сумки для покупок і білі пластикові обробні дошки, і велика його частина потрапляє у відходи. Метод команди ORNL поєднує пластик із розплавленою сіллю, що містить хлорид алюмінію. Ці солі виконують дві функції одночасно, діючи як реакційне середовище та каталізатори, які сприяють хімічним перетворенням.
Дослідники подали заявку на патент на цю техніку, а їхні результати були опубліковані в журналі Американського хімічного товариства.
Як розплавлена сіль розщеплює пластик і перетворює його на паливо
Щоб зрозуміти, чому цей процес працює, вчені уважно стежили за хімічними реакціями, які перетворюють полімери на молекули палива.
Згідно з веб-сайтом ScienceDaily, дослідницька група використовувала спектроскопію м’якого рентгенівського випромінювання та ядерний магнітний резонанс, щоб виявити, що заряджений атом алюмінію поєднується з трьома іншими атомами, створюючи сильнокислотний каталітичний центр. Ці ділянки можуть атакувати довгі молекулярні ланцюги, з яких складається поліетилен, розщеплюючи його на менші молекули вуглеводнів.
Додаткові експерименти з використанням ізотопного мічення та розсіювання нейтронів показали, як структура вихідного полімеру впливає на отримане паливо. Простіші полімерні ланцюги, як правило, виробляли бензиноподібні сполуки, тоді як більш складні ланцюги виробляли дизельне паливо.
Якщо цей метод в кінцевому підсумку можна буде розширити за межі лабораторних експериментів, дослідники кажуть, що це може допомогти зміцнити енергетичну безпеку США та промислову конкурентоспроможність.
«Ми розробили ефективне та селективне перетворення поліетилену на бензин», — сказав Рікі Чіу, докторант Університету Теннессі, Ноксвілл. Він виконав більшість експериментів для цього дослідження в лабораторії Shen Dai ORNL в ORNL та UTK. Дай, корпоративний співробітник ORNL і керівник відділу розділення та хімії полімерів, є співавтором цієї статті.
В експериментах ми досягли приблизно 60% виходу бензину за відносно м’яких умов реакції.
Перетворення пластику на бензин при температурі нижче 200 градусів Цельсія
Однією з найбільш помітних особливостей цього методу є те, наскільки малі кількості потрібні порівняно з традиційною технологією перетворення пластику на паливо.
«Ми перетворили полімерні відходи на паливо з доданою вартістю, використовуючи комерційно доступні неорганічні солі як реакційне середовище для створення каталітичних центрів», — сказав Женьчжен Ян, науковий співробітник ORNL і співавтор статті. «На відміну від традиційних методів перетворення полімерів на паливо, новий процес не вимагає каталізаторів з дорогоцінних металів, органічних розчинників або зовнішнього водню. Це перший випадок, коли розплавлені солі використовувалися як середовище для виробництва високоцінних хімікатів із відходів при температурах нижче 200 градусів за Цельсієм без використання будь-яких каталітичних ініціаторів або розчинників».
Відстеження хімічних атомів за допомогою Atom
У ORNL Люк Деймен використовував розсіювання нейтронів, щоб допомогти ідентифікувати вуглеводневі продукти, які утворюються під час реакції різних полімерних ланцюгів. Феліпе Поло-Гарсон проаналізував продукти за допомогою газової хроматографії та мас-спектрометрії, методики, яка використовується для розділення та ідентифікації окремих сполук.
Коли поліетилен взаємодіє з каталітичними центрами алюмінію, в результаті реакції утворюються позитивно заряджені іони вуглецю. Цю, Ян і Дай позначили іон вуглецю дейтерієм, ізотопом водню, щоб вони могли відстежувати, що відбувається з іоном вуглецю під час реакції.
Команда також використовувала нейтрони в джерелі відколових нейтронів ORNL для моніторингу водню в системі.
“Полімери містять велику кількість водню”, – сказав Дай. «Нейтрони ідеально підходять для ідентифікації легких елементів, включаючи такі ізотопи, як водень і дейтерій».
Дослідникам також потрібно було визначити, як самі алюмінієві деталі змінювалися під час процесу.
Ян відвідав Advanced Light Source у Національній лабораторії Лоуренса Берклі, де він проводив дослідження з Кім Мін-Дже та Го Цзіньхуа. Дослідники використовували м’яке рентгенівське випромінювання, щоб дослідити взаємодію між алюмінієм і поліетиленом як на атомному, так і на електронному рівнях. Згідно з веб-сайтом ScienceDaily, м’яке рентгенівське випромінювання особливо корисне для вивчення відносно легких елементів, таких як алюміній.
“Краї алюмінію перемістилися до країв з меншою електронною щільністю, що означає, що утворився проміжний продукт, багатий електронами”, – сказав Ян.
«Ми порівняли це відкриття з іншими методами та підтвердили, що проміжні сполуки ароматичного кільця можуть координуватися з алюмінієм і спричиняти зміни енергії зв’язку», — додав Ян.
Ця зміна стала доказом того, що алюмінієве місце активно каталізує хімічну реакцію.
З’ясування механізму за допомогою моделювання та вдосконаленого зображення
Повернувшись до ORNL, Боббі Самптер з Центру нанофазних матеріалознавства використовував комп’ютерне моделювання для вивчення енергетичних змін, що відбуваються під час реакцій, зокрема того, як утворюються стабільні іони вуглецю та переходять до вуглеводневих продуктів.
В UTK Міхаель Келер використовував дифракцію рентгенівських променів in situ для відстеження фазових змін у реакційних сумішах під час розвитку хімії. Карлос Альберто Стеллен використовував ядерний магнітний резонанс для дослідження каталітичних сайтів в алюмінії.
Тао Ванг з ORNL надав досвід у хімії розплавленої солі, а Логан Керні з ORNL поставив полімери високої щільності та надав експертні рекомендації щодо можливих шляхів їх перетворення на продукти вищої вартості.
Проблема, що залишилася: підтримувати стабільність солі
Хоча каталітичні системи на основі алюмінію є недорогими та хімічно активними, вони мають важливі обмеження. Оскільки це гігроскопічний матеріал, він швидко вбирає воду. Волога може знизити стабільність.
Тепер дослідники хочуть дослідити використання матеріалів на основі галогену та вуглецю для уловлювання розплавлених солей. Це може полегшити відділення та переробку солі, покращуючи стабільність солі.
Опубліковано 22 вересня 2026 р
