В НГУ создают технологию преобразования неперерабатываемого пластика в синтетическое топливо

Специалисты «Национальной экологической компании» (Ярославль) совместно с сотрудниками кафедры физической химии факультета естественных наук Новосибирского государственного университета и ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ» создают технологию для получения топлива из неперерабатываемого пластика.

«Во время сортировки мусора остается большое количество неперерабатываемого пластика. Как правило, это смесь обычных загрязненных тонких пленок (пакеты-маечки) и неликвидного пластика, который загрязнен или смешан. Сейчас это все сжигается, в лучшем случае — отправляется на цементные заводы для замещения природного газа. И в целях нацпроекта «Экология», и в региональных нормативах прописано, что такой пластик должен извлекаться из потока захораниваемых отходов. Но глобального решения, что с ним делать, пока ни у кого нет», — рассказывает директор по развитию НЭК Александр Климов.

В «Национальной экологической компании» решили попробовать преобразовать такой пластик в экологичное моторное топливо. Технология, разработанная специалистами НЭК, состоит из нескольких стадий.

Фото: НГУ

Первая — это пиролиз, термическая деструкция без доступа кислорода. Она осуществляется при температуре от 400 до 600 °C. На выходе получается неоднородная смесь углеводородов, содержащих большое количество загрязнений и ароматических соединений. В процессе термической деструкции происходят тысячи хаотичных химических реакций, и на этом этапе еще невозможно гарантировать целевой продукт с понятными свойствами.

Затем проводится ректификация — процесс разделения двойных или многокомпонентных смесей за счет массообмена между паром и жидкостью. На этой стадии смесь распадается по фракциям и по температуре кипения. И хотя полученный продукт уже намного чище, но его все еще нельзя применять в качестве топлива. Высокое содержание непредельных углеводородов делает его реакционно-активным, что приводит к выходу из строя двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, даже просто стоя на воздухе, такое топливо достаточно быстро окисляется. Если сначала оно желтое и прозрачное, то через несколько недель осмоляется.

«Пиролиз и дальнейшая очистка — это достаточно распространенный способ переработки, он широко применяется и в России, и в мире. Но стоит задача: каким образом из этого низкокачественного и достаточно непредсказуемого топлива получить то, что можно залить в бензобак автомобиля или даже в самолет?», — говорит Александр Климов.

Для этого нужна каталитическая технология, разработать которую представители НЭК попросили исследователей из НГУ.

«Первые эксперименты мы предложили начать с распространенных и известных систем: никель-молибденовых катализаторов на алюмооксидном носителе. На них удалось получить первые положительные результаты. Тем не менее, так как процесс проводится в микроканальных реакторах — стальных капиллярах диаметром около миллиметра, это накладывает свои ограничения на приготовление катализатора и его эксплуатацию. В будущем мы планируем подобрать параметры, позволяющие получить качественное синтетическое топливо, и оптимизировать технологию», — рассказывает младший научный сотрудник ЦКПУМС НГУ Екатерина Воробьева.

Для начала ученые НГУ предложили параметры технологии, загрузку, соотношение инертного материала и катализатора. Новая технология прошла первые испытания на экспериментальной установке НЭК.

«В каталитической системе поддерживается температура около 300 °C, высокое давление водорода и происходит гидрирование смеси. На выходе мы получили прозрачную жидкость с привычным нерезким запахом моторного топлива и практически нулевым содержанием серы, подходящую для применения в двигателях внутреннего сгорания», — объясняет Александр Климов.

Сделать предстоит еще многое. Во-первых, необходимо в очередной раз модифицировать установку по гидрированию, чтобы она могла стабильно функционировать более 1000 часов. Во-вторых, нужно отработать все циклы автоматической регенерации катализатора и продумать все сложные технические решения. Кроме того, важно подобрать оптимальные параметры каталитического процесса. Для этого лабораторную версию реактора отправят на кафедру физической химии ФЕН НГУ.

«К таким параметрам относятся и температура, и давление, и фракция катализатора, и, возможно, даже его состав. Нам необходимо подобрать условия для наиболее эффективного и продолжительного проведения процесса», — говорит Екатерина Воробьева.

У НЭК есть планы по выходу на рынок. В 2024 году планируется сделать пилотную каталитическую установку, которая сможет перерабатывать уже не граммы, а килограммы в час. Она будет полностью автономной и автоматической. Также сейчас создается промышленный образец пиролизной системы, способной справляться за час с тонной отходов. По словам специалистов НЭК, топливо из пластика будет иметь преимущество в цене по сравнению с другими неископаемыми источниками топлива.

«В сотрудничестве с исследователями из НГУ нам понравилась их нацеленность на результат, желание именно решить проблему, а не работать годы над ее решением. И, конечно же, открытость и большая внутренняя мотивация», — отметил Александр Климов.