Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) представили оригинальную методику переработки полимерных отходов в высококачественные компоненты моторного топлива. Как утверждают авторы разработки, полученное сырье полностью соответствует актуальным государственным стандартам и может использоваться при производстве востребованных марок бензина. Подробности исследования опубликованы в авторитетном международном журнале Polymers (квартиль Q1, импакт-фактор 4,9).
Екатерина Григорьева
Источник фото: news.tpu.ru
Почему пластик — это ценный ресурс, а не просто мусор?
Проблема утилизации полимеров с каждым годом стоит все острее. Одним из наиболее эффективных способов борьбы с пластиковым загрязнением считается пиролиз — процесс термического разложения органического сырья без доступа кислорода. Данный метод позволяет извлекать из отходов ценные углеводороды, которые как раз и служат базой для синтеза горючего. Таким образом, внедрение подобных технологий убивает двух зайцев: сокращает объемы свалок и создает альтернативную сырьевую базу для топливной отрасли.
Двухступенчатая технология: как это работает?Двухступенчатая технология: как это работает?Двухступенчатая технология: как это работает?
Специалисты ТПУ предложили собственную схему переработки, которая состоит из двух ключевых этапов.
- Первичный пиролиз. На начальной стадии полипропиленовые отходы нагревают до температуры 450 °C при обычном атмосферном давлении. В результате этого процесса выделяется бензиновая фракция.
- Каталитическая очистка. Затем полученную фракцию прогоняют через алюмокобальтмолибденовый катализатор, запуская реакцию гидронасыщения. Этот этап позволяет синтезировать углеводороды, по составу идентичные тем, что присутствуют в стандартном бензине.
Чтобы выявить оптимальные режимы, ученые проводили серию экспериментов, варьируя температурные показатели и скорость подачи сырья.
Секрет чистоты: почему старые методы не годились?
Классический пиролиз пластика дает на выходе жидкие субстанции, перенасыщенные алкенами и ароматическими соединениями. Такие смеси категорически непригодны для коммерческого использования из-за низкой стабильности и вредных примесей. Инновационная двухступенчатая схема томского вуза позволяет эффективно очищать бензиновую фракцию от нежелательных элементов.
«Наша технология делает сырье гораздо более пригодным для дальнейшего производства привычного всем топлива. Тщательный анализ того, как температура и скорость подачи материала влияют на реакцию, позволил нам получать бензиновые компоненты с заданными характеристиками», — комментирует доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Илья Богданов.
Поиск идеального баланса: цифры и показатели
Экспериментальным путем команда установила, какие параметры дают наиболее перспективные смеси. Оказалось, что выбор режима напрямую влияет на качество продукта:
- При нагреве до 350 °C и скорости подачи 0,51 мл/мин получаются фракции с минимальным содержанием вредных примесей (бензола и алкенов). Однако октановое число здесь скромное — около 58,7.
- В альтернативном режиме (300 °C и расход 0,85 мл/мин) октановый показатель вырастает до 72,9, но для достижения итогового баланса такую смесь необходимо разбавлять другими компонентами.
Каким маркам бензина подходит новая технология?
По оценкам исследователей, предложенный подход позволяет выпускать компоненты для широкой линейки топлива — от АИ-80 до АИ-98. Причем ученые точно рассчитали, сколько нового ингредиента можно добавлять в рецептуру классических марок:
- АИ-80 — допускается до 35% от общего объема.
- АИ-92 — не более 25%.
- АИ-95 — до 15%.
- АИ-98 — максимум 5%.
«Итоговое топливо, произведенное с использованием этих пропорций, по своим эксплуатационным характеристикам полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к коммерческой продукции», — поясняет лаборант Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Даниил Еронский.
Планы на будущее и состав команды
В настоящий момент разработчики нацелены на дальнейшее совершенствование процесса. Главные задачи — повышение качественных характеристик производимых фракций и адаптация установки для нужд крупной промышленности.
Над проектом трудились специалисты сразу нескольких структурных подразделений Томского политеха — Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий, Инженерной школы природных ресурсов, а также Инженерной школы энергетики.
Примечательно, что это не первая разработка томского вуза в сфере альтернативной энергетики. Как ранее писал журнал «Химагрегаты», исследователи ТПУ также представили технологию, позволяющую в десятки раз ускорить процесс сгорания биотоплива — это открывает новые перспективы для экологичных видов горючего.