Исследователи из Йеля разработали способ эффективного и недорогого преобразования пластиковых отходов в топливо и другие ценные продукты. Результаты [опубликованы](https://www.nature.com/articles/s44286-025-00248-0) в журнале Nature Chemical Engineering.
Для этого используется метод пиролиза — процесс разложения материалов под воздействием тепла в отсутствие кислорода. В данном случае он применяется для расщепления пластика на компоненты, из которых получают топливо и другие продукты.
Исследование проводилось под руководством профессоров Йельского инженерного факультета Лянбина Ху и Шу Ху, членов Центра инноваций в области материалов и Йельского института энергетических наук.
Особенности метода
Традиционные методы пиролиза часто используют катализаторы для ускорения химических реакций и достижения высокого выхода продукции. Однако катализаторы имеют значительные ограничения: они дороги и со временем теряют свои свойства.
Методы, не использующие катализаторы, обычно имеют низкие показатели преобразования отходов в полезные продукты.
Для этого проекта исследователи нашли способ обойти оба этих препятствия и разработали высокоселективный, энергоэффективный метод пиролиза без использования катализаторов, который может преобразовывать пластик в ценные химические вещества.
Принцип работы
Ключевым элементом является реактор с электрически нагреваемым углеродным столбом, изготовленным из трёх секций с уменьшающимся размером пор. Первая секция изготовлена из пор диаметром один миллиметр, следующая — из пор диаметром 500 микрометров, а третья — из пор диаметром 200 нанометров.
Когда химические вещества проходят через реактор, иерархическая пористая структура играет решающую роль в контроле хода реакции. Она предотвращает продвижение более крупных молекул через реактор до тех пор, пока они не будут должным образом расщеплены.
Кроме того, она обеспечивает способ контроля температуры в реакторе, что предотвращает коксование и другие эффекты, которые могут тормозить процесс.
Результаты испытаний
Для тестирования системы исследователи использовали реактор на образце обычного пластика, известного как полиэтилен. Результаты впечатляют: сообщается о рекордном высоком выходе — почти 66% пластиковых отходов было преобразовано в химические вещества, которые можно использовать в качестве топлива.
Использование 3D-печати для создания структуры позволило исследователям точно контролировать размеры пор реактора и исследовать влияние пиролиза.
Чтобы продемонстрировать более масштабируемую конструкцию, исследователи также использовали устройство, изготовленное из коммерчески доступного углеродного войлока. Они обнаружили, что эта конструкция — даже без оптимизации, которую обеспечивала 3D-печать — всё равно улучшила селективность продуктов пиролиза и достигла удовлетворительного выхода, преобразовав более 56% пластика в полезные химические вещества.
«Эти результаты очень многообещающие и показывают большой потенциал для внедрения этой системы в реальные условия и предлагают практическую стратегию преобразования пластиковых отходов в ценные материалы», — сказал Шу Ху, доцент кафедры химической и экологической инженерии.
Предоставлено Йельским университетом.