Химики теперь могут разделить четыре распространенных пластика одновременно. Будет ли это работать так же хорошо за пределами их лаборатории?

Химики теперь могут разделить четыре распространенных пластика одновременно. Будет ли это работать так же хорошо за пределами их лаборатории? Новый процесс разрушения смешанных пластиков на молекулярном уровне обещает быть многообещающим, но другие исследователи и защитники здоровья по-прежнему настроены скептически.

Но что, если бы существовал способ расщеплять пластик — даже самый сложный для переработки — в химические ингредиенты, которые можно было бы продавать и использовать повторно? Новое исследование ученых из Национальной лаборатории Ок-Ридж, возможно, позволило взломать код, позволяющий разобрать до трети неперерабатываемых смешанных пластиков в мире. Используя новый органический катализатор, исследователи разработали соединение, позволяющее разделить четыре наиболее часто используемых типа смешанных пластиков на молекулярном уровне, даже если они химически связаны друг с другом или содержат следовые количества примесей.

Если бы этот процесс химической переработки можно было использовать в коммерческих целях, горы текстиля, пенополистирола, бутылок для напитков, оберток от пищевых продуктов и многого другого стали бы новым доходом для предприятий по переработке отходов, сэкономив при этом им сотни миллионов долларов на затратах на вывоз мусора. «Мы знаем, что некоторые компании, такие как Eastman Chemical Company, уже инвестируют в аналогичный процесс химической переработки, и мы знаем, что технология масштабируема», — Томонори Сайто, старший химик по синтетическим полимерам в Ок-Ридже и автор исследования, рассказал EHN.

Ежегодно специализированные предприятия по удалению вторсырья из потока отходов, называемые объектами материальных ресурсов, тратят более 70 долларов за тонну на вывоз непереработанных отходов на свалки. Сокращение количества пластмасс могло бы существенно сократить затраты на их утилизацию, но технология химического разделения находится в зачаточном состоянии. Сайто сказал, что масштабирование его метода потребует больших изменений в способах переработки и реального пилотного проекта, который покажет, что катализатор может эффективно разделять смешанный мусор, который попадает на свалки.

В последние годы в городах США начали появляться заводы по переработке химикатов . Но многие из них не выполнили своего обещания , и эта практика вызывает серьезные опасения по поводу экологической справедливости . Многие химические вещества, используемые при производстве пластмасс, нарушают работу эндокринной системы — то есть мешают правильному функционированию гормонов — и связаны с такими проблемами со здоровьем, как бесплодие, гормональный дисбаланс и рак. Выбросы от перегрева пластика до точки его плавления могут привести к выбросу множества этих токсичных веществ в окружающую экосистему, потенциально нанося вред здоровью человека, если его не тщательно регулировать.

Также защитники утверждают, что усилия по химической переработке лишь продолжают нашу зависимость от пластика, и что единственный верный способ сократить количество отходов и вредного воздействия — это сократить производство.

Превратить беспорядок пластика, который мы каждую неделю выбрасываем на обочину, во что-то полезное, непросто. Первым этапом процесса является взятие пластика, обычно встречающегося в искусственных волокнах, бутылках с водой, автозапчастях и мобильных телефонах, и смешивание его со стеклом, водой и другими загрязнителями. Пропуская его через комбинированную мельницу, пластик измельчается в гранулы размером с рисовое зерно, а затем смешивается с солевым катализатором в больших чанах. Когда пластик нагревается до температуры от 130 до 215 градусов по Цельсию (около 420 градусов по Фаренгейту), химические связи разрываются, и гомогенный расплавленный пластик начинает отделяться и рекристаллизоваться, объяснил Ариф Арифффузман, ведущий автор исследования ORNL.

Полученная смесь напоминает суспензию итальянской заправки. Исследователям удалось «вычерпать» из этой смеси несколько химических ингредиентов со степенью чистоты выше 96%, в том числе капролактам и диметилтерефталат, необходимые для производства синтетических волокон и других пластмасс. Какими бы ценными ни были эти вещества, некоторые из них, такие как капролактам , чрезвычайно вредны для человека, а другие недостаточно изучены, чтобы определить их реальный риск. «Это не просто возможность для нас, химиков», — сказал EHN Арифуззман, основавший стартап под названием Re-Du Plastics в Ноксвилле, штат Теннесси, для коммерциализации катализатора . «Это шанс для предприятий по переработке отходов одновременно сэкономить деньги и Зарабатывать."

Боб Аллен, старший научный сотрудник Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, сказал, что результаты исследования имеют большой потенциал, но волнение Арифузмана преждевременно. Пытаться просто добавить химический процесс в нашу нынешнюю систему переработки, сказал он EHN , «это все равно, что я беру первые три урока боевых искусств и думаю, что готов драться с Коннором МакГрегором». Аллен, который проработал 35 лет руководителем отдела исследований и технологий полимеров в IBM, также отмечает, что степень чистоты 96% — это не тот высокий показатель, который мы можем себе представить. «Единственный способ достичь того, чего вам нужно, — это достичь сверхчистоты», — сказал он, добавив: «99% — это магическое число и истина в молекулярной химии ». «Это не просто возможность для нас, химиков. Это шанс для мусороперерабатывающих предприятий одновременно сэкономить деньги и Зарабатывать." - Ариф Арифузман, Re-Du Plastics

В целом производителям химической продукции необходимы надежные цепочки поставок ингредиентов, сказал Аллен, указав на отсутствие таких сетей в том способе, которым мы сейчас управляем смешанными пластиковыми отходами. Он поддерживает циркулярную экономику пластика, к которой стремятся Сайто и Ариффусман, но прогнозирует коммерциализацию химической переработки через пять-десять лет в будущем. «Если вы собираетесь пройти через боль и страдания, связанные с получением разрешений и финансированием нового производственного предприятия, запуская процесс, никогда ранее не виданный на планете Земля, — сказал он, — вам лучше быть уверенным, что вы работаете с более чем просто Микки Маус в количестве полезного материала». Последним препятствием является возвращение материала на рынок. Многие нефтехимические компании говорят о предстоящем переходе к «циркулярной пластиковой экономике» , где миллиарды тонн пластиковых отходов теоретически могут быть утилизированы и переработаны в производство пригодных для использования материалов.

Но некоторые ставят под сомнение эту цель, поскольку многие пластмассы, которые мы используем каждый день, такие как полиэтилен и полипропилен, часто содержат пер- и полифторированные вещества ( ПФАС ), группу токсичных химикатов, известных как « вечные химикаты », поскольку они не разлагаются органически в окружающую среду и были связаны с рядом проблем со здоровьем.

«Десять лет назад мы бы никогда не заявили, что они подлежат вторичной переработке», — сказал EHN Альфредо Александер-Кац, профессор материаловедения и инженерии в Массачусетском технологическом институте . «Но поскольку существует дополнительное давление, направленное на сокращение нашего производства и потребления пластмасс, особенно в Европейском Союзе , они начали называть их циркулярными, как будто они предназначены для переработки».

Кроме того, неясно, будет ли этот метод работать в реальных условиях пластика, обнаруженного на свалках, отметил Аллен. «Любой коммерческий процесс химической переработки должен быть в состоянии обрабатывать смешанные потоки пластиковых отходов, пронизанные загрязнителями», — сказал он. Когда я спросил Сайто, сможет ли, например, его катализатор справиться с такими вещами, как использованные стаканчики из-под йогурта с кусочками простокваши в них, он признал, что получить пригодные для использования мономеры из материала будет «очень сложно».



Нерешенные экологические проблемы

Соображения, сосредоточенные на расширении процесса химической переработки, не имеют значения для Ли Белла, политического и технического советника Международной сети по ликвидации загрязнителей (IPEN), которая специализируется на стойких органических загрязнителях . Потенциальная опасность для здоровья, которую может нести этот процесс, является достаточной причиной, чтобы дважды подумать о масштабировании процесса до промышленного уровня, сказал он.

Белл рассказал EHN , что один из экспериментальных катализаторов в исследовании, трифторуксусная кислота (TFA), является « вечным химическим веществом », которое не разлагается естественным путем. «У меня есть серьезные опасения по поводу того, что я полагаюсь на процесс переработки, в котором используется один из самых опасных химикатов, с которыми мы в настоящее время пытаемся справиться – и который вообще не очень хорошо управляется». TFA токсична для человека и может вызвать серьезные ожоги глаз, кожную сыпь и серьезное повреждение верхних дыхательных путей. При длительном воздействии ТЖК также может нанести потенциально смертельный вред печени и почкам .

«Если вы собираетесь пройти через боль и страдания, связанные с получением разрешений и финансированием нового производственного предприятия, запуская процесс, никогда ранее не виданный на планете Земля, вам лучше быть уверенным, что вы работаете не только с количествами Микки Мауса. полезный материал». - Боб Аллен, старший научный сотрудник Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии

В 2023 году Белл стал соавтором отчета о химической переработке, в котором описаны экологические издержки того процесса химической переработки, который Сато и Арифузман пытаются начать. Согласно отчету, его потребности в энергии более интенсивны, чем у традиционного производства пластика, что делает этот процесс в 100 раз более разрушительным, а выбросы парниковых газов в 10–100 раз выше, чем при производстве первичного пластика. Кроме того, лишь небольшая часть пластмасс, поступающих на предприятия по химической переработке, станет пластиком. Большая часть из них станет отходами (часто опасными), будет сожжена в качестве топлива или выброшена на свалку, говорится в докладе.

Белл также отметил, что в исследовании также отсутствует ключевой раздел: описание выбросов и опасностей для окружающей среды, а также список всех химических веществ, участвующих в процессе, раздел, известный как оценка жизненного цикла (LCA). «Всякий раз, когда сырье для пластика нагревается выше 200 градусов по Цельсию, — объяснил Белл, — оно начинает переходить в диапазон образования диоксинов». Диоксины — это набор химических веществ, которые могут образовываться, когда пластмассы, содержащие хлор ( многие распространенные пластиковые изделия ), подвергаются воздействию более высоких температур и проявляются в виде микроскопических кристаллов, более мелких, чем может видеть глаз. При вдыхании диоксины вызывают рак, проблемы репродуктивной системы и развития, а также повреждают иммунную систему. Это упущение оставляет неясным, будет ли этот метод производить диоксины и если да, то сколько.

Кроме того, исследование не содержит никаких данных о ПФАС. «Тот факт, что нет упоминания о ПФАС или диоксине, заставляет меня очень беспокоиться о надежности LCA и опасностях, связанных с самим этим процессом», — сказал Белл. Даже эксперименты с благими намерениями, такие как процесс химической переработки, разработанный Арифузманом и Сайто, в лучшем случае остаются экспериментальными, а в худшем — опасными. Как выразился Боб Аллен, существует очень большая разница между закрытым экспериментом с пятью литрами смешанного пластикового сырья в контролируемой лаборатории и более чем 200 000 метрических тонн смешанных пластиковых отходов, которые американцы производят каждый день. «Чтобы быть справедливым по отношению к этим исследователям, [они] пытаются найти решение и пробуют новые методы, добившись определенного ограниченного успеха в лаборатории», — сказал Белл. «Но модернизация до коммерческого масштаба – это совсем другая игра».

«Если бы я был в одном из этих сообществ [рассматривающих химическую переработку], я бы серьезно спросил, стоит ли риск, возможно, производить действительно качественный переработанный пластик. Я думаю, что [ответ] должен быть отрицательным».

Автор Ной Дэйли По материалам глобальной сети IPEN