Tradycyjna piroliza i jej ograniczenia
Jedną z obiecujących dróg jest piroliza, czyli proces polegający na ogrzewaniu tworzyw sztucznych do około 900 stopni Celsjusza w warunkach bez dostępu tlenu. W takich warunkach łańcuchy polimerowe rozpadają się na cząsteczki węglowodorów, które można wykorzystać jako paliwo. Powstały w ten sposób bio-olej nadaje się do zasilania kotłów, pieców czy nawet ciężarówek i statków. Niestety, tradycyjna metoda ma poważne wady. Jej wydajność zwykle nie przekracza 60 procent, a do tego wymaga stosowania drogich katalizatorów.
Ilekroć mówisz o katalizatorach, są one bardzo drogie i tworzą problem z żywotnością, ponieważ katalizatory w końcu niszczeją z różnych przyczyn — wyjaśnia Liangbing Hu, profesor na Uniwersytecie Yale
Zespół z Yale opracował metodę, która zwiększa wydajność procesu do około 66 procent, jednocześnie eliminując potrzebę stosowania katalizatorów. Choć liczby te mogą nie robić wrażenia, w skali przemysłowej każdy dodatkowy procent ma kolosalne znaczenie. Sekretem sukcesu okazał się trójsekcyjny reaktor z wydrukowaną w 3D kolumną węglową. Każda sekcja zawiera pory o innej wielkości – od 1 milimetra przez 500 mikrometrów aż do 200 nanometrów. Taka gradacja pozwala na precyzyjną kontrolę przebiegu reakcji chemicznej. Testy na polietylenie, jednym z najpowszechniejszych tworzyw, przyniosły rekordowo wysoką wydajność przetwarzania odpadów. Osiągnięto także 80,8 procent selektywności w produkcji prekursorów paliwa lotniczego.
Kontrowersje wokół chemicznego recyklingu
Co istotne, technologia wydaje się stosunkowo łatwa do skalowania. Naukowcy przetestowali również system oparty na komercyjnie dostępnym filcu węglowym. Nawet bez optymalizacji rozmiarów porów udało się osiągnąć wydajność na poziomie 56 procent. To sugeruje, że metoda może znaleźć zastosowanie przemysłowe bez konieczności budowy skomplikowanych, dedykowanych reaktorów. Wytworzone w ten sposób paliwo lotnicze charakteryzuje się wyższą adiabatyczną temperaturą płomienia wynoszącą około 2200 stopni Celsjusza, co przekłada się na lepsze parametry energetyczne.
Te wyniki są bardzo obiecujące i pokazują duży potencjał dla wdrożenia tego systemu w rzeczywistych zastosowaniach i oferują praktyczną strategię przekształcania odpadów plastikowych w cenne materiały – dodaje Shu Hu, współautor badania
Czytaj też: Energia elektryczna ze skorup orzechów? Wystarczy dodać trochę wody
Mimo obiecujących wyników, piroliza wciąż budzi wątpliwości w środowisku naukowym. Niektórzy eksperci określają ją mianem bajki promowanej przez koncerny naftowe i producentów plastiku, którzy chcą utrzymać status quo oparty na paliwach kopalnych. Główne zarzuty dotyczą ogromnego zapotrzebowania na energię potrzebną do rozgrzania plastiku do 900 stopni Celsjusza oraz związanych z tym emisji dwutlenku węgla. Krytycy twierdzą, że piroliza w skali przemysłowej może generować więcej problemów niż korzyści. Nowa metoda z Yale częściowo odpowiada na te obawy. Eliminacja katalizatorów i wyższa wydajność oznaczają niższe koszty energetyczne i ekonomiczne. Jednak fundamentalny dylemat pozostaje nierozwiązany. Jak słusznie zauważają autorzy badania, najlepszym plastikiem jest ten, który nigdy nie powstał. Piroliza może stać się częścią rozwiązania, lecz nie zastąpi konieczności radykalnego ograniczenia produkcji tworzyw sztucznych u źródła.