Мусор может стать сырьем

Пластиковые отходы, еще недавно считавшиеся одной из самых сложных экологических проблем, постепенно превращаются в ценное сырье для производства топлива. Российские исследователи разработали сразу несколько технологий, позволяющих получать из бытового пластика бензиновые и дизельные фракции, пригодные для дальнейшего использования. Работы ведут специалисты Института химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук и Томского политехнического университета. Их разработки уже вышли за рамки лабораторных экспериментов и рассматриваются как основа для промышленного внедрения. Главная цель исследований заключается не только в сокращении объемов захоронения пластиковых отходов, но и в создании технологий, которые можно будет интегрировать в существующую инфраструктуру нефтеперерабатывающей отрасли. Такой подход позволяет рассматривать переработку пластика не как отдельное направление, а как часть современной топливной промышленности.

Одним из главных препятствий при переработке пластика остается необходимость его тщательной сортировки. Значительная часть бытовых отходов представляет собой смесь различных полимеров, разделение которых требует больших затрат времени и средств. Именно поэтому ученые сделали ставку на переработку смешанных пластиковых отходов.

В Институте химии нефти СО РАН подобрали оптимальный состав смеси, включающий полиэтилен, полипропилен, полиэтилентерефталат и полистирол. Исследования показали, что наиболее эффективным оказалось соотношение, в котором 80 процентов приходится на полиэтилен и полипропилен, 12 процентов — на полиэтилентерефталат и еще 8 процентов — на полистирол. Такой подход открывает возможность работать не только с чистыми пластиковыми изделиями, но и с загрязненными отходами, пленками и другими материалами, которые сегодня зачастую отправляются на полигоны.

Несколько минут при высокой температуре

Основой технологии стал процесс термического крекинга. После измельчения пластиковая смесь загружается в реактор, где подвергается нагреву примерно до 470–475 градусов. Исследователи установили, что для эффективного разложения материала достаточно всего пяти–десяти минут, хотя в отдельных экспериментах использовались и более продолжительные режимы обработки. В результате такого процесса образуются жидкие продукты, которые разделяются на бензиновую и дизельную фракции. Выход бензиновой части достигает около 35 процентов, дизельной — примерно 33 процентов. Помимо этого образуются газообразные продукты и твердый углеродный остаток. Исследования показали, что обработанный специальным образом кокс может использоваться повторно в качестве добавки, увеличивая выход бензиновой фракции примерно на 13 процентов при минимальном количестве вводимого материала.

Полученные после термического разложения продукты нельзя использовать в качестве топлива без дополнительной обработки. Они содержат соединения азота, серы, кислорода, а также различные галогены, включая хлор, фтор и бром. Именно эти примеси долгое время оставались главным препятствием для промышленного использования технологий переработки пластика. Для решения этой задачи исследователи применяют второй этап — гидропереработку. Полученные термолизные масла проходят через слой специальных катализаторов, где очищаются от нежелательных элементов и приобретают свойства, необходимые для дальнейшего производства бензина и дизельного топлива. В рамках проекта ученые создают отечественные алюмосиликатные катализаторы на основе никеля и молибдена, предназначенные специально для подобных процессов.

Бензин из пластика соответствует стандартам

Специалисты Томского политехнического университета разработали собственную двухступенчатую технологию переработки пластиковых отходов. Сначала пластик подвергается пиролизу при температуре около 450 градусов, после чего выделенная бензиновая фракция проходит каталитическую очистку. Такой подход позволяет получать углеводороды, близкие по составу к компонентам традиционного автомобильного бензина.

Исследователи определили максимально допустимую долю полученных компонентов в различных марках топлива. Для бензина АИ-80 она может достигать 35 процентов, для АИ-92 — 25 процентов, для АИ-95 — 15 процентов, а для АИ-98 — до 5 процентов. При соблюдении этих пропорций готовое топливо полностью соответствует действующим государственным стандартам.

Параллельно ученые изучали влияние различных температурных режимов и скорости подачи сырья на качество получаемых продуктов. Эти исследования позволяют подобрать оптимальные параметры процесса и подготовить технологию к промышленному использованию.

От лаборатории к промышленности

Еще одним направлением исследований стало совместное использование пластиковых отходов и тяжелых нефтяных продуктов. При смешивании мазута с пластиком в количестве от 20 до 35 процентов и проведении крекинга при температуре 450–500 градусов удается получить до 60–70 процентов светлых нефтепродуктов от общего объема исходной смеси. Добавление катализатора в количестве всего 0,2 процента от массы сырья увеличивает выход светлых фракций еще на 8–10 процентов.

Разработчики отмечают, что подобные технологии могут быть внедрены на действующих нефтеперерабатывающих предприятиях без необходимости создания принципиально новых производственных комплексов. Именно возможность интеграции в существующую отрасль считается одним из главных преимуществ проекта.

Практическое применение технологий переработки пластика в топливо постепенно выходит за пределы научных лабораторий. В Нефтеюганском районе уже работает экологическое предприятие, использующее запатентованную технологию низкотемпературного пиролиза для получения дизельного топлива из пластиковых отходов. Производственная мощность завода достигает 1 850 тонн дизельного топлива в год.

При этом исследовательские коллективы продолжают совершенствовать свои разработки. Основные задачи на ближайшее время — повышение качества дизельной фракции до действующих стандартов, создание новых отечественных катализаторов и масштабирование технологий для промышленного производства. Если эти этапы будут успешно реализованы, пластиковые отходы смогут стать не только экологической проблемой, но и полноценным источником сырья для выпуска автомобильного топлива.