Qarışıq Plastik Tullantıların Hidrogenə Çevrilməsi

Tədqiqatçılar indi üç geniş istifadə olunan plastik qarışığını birbaşa yüksək təmizlikli hidrogen yanacağına çevirə bilən kimyəvi bir proses nümayiş etdiriblər. UCLA Samueli Mühəndislik Məktəbi və Cənubi Koreyadakı Ewha Womans Universitetinin alimlərinin birgə rəhbərlik etdiyi komanda bunu ənənəvi qazlaşdırma üçün tələb olunan temperaturdan çox aşağı temperaturda həyata keçirib.

Bu üsul həmçinin karbonun atmosferə karbon qazı kimi çıxmasının qarşısını alır. Bunun əvəzinə, karbonun çox hissəsi tutulur və bərk mineral şəklində saxlanılır.

Milli Elmlər Akademiyasının Proceedings jurnalında dərc olunmuş tapıntılar qələvi termik emal (ATT) adlanan metoda əsaslanır. Bu prosesdə natrium hidroksid istilik altında üzvi materialla reaksiyaya girərək hidrogen əmələ gətirən kimyəvi reaksiyalara səbəb olur.

Tədqiqatçılar göstərdilər ki, qələvi termik emal (ATT) qarışıq polietilen tereftalat (PET), polietilen (PE) və polipropilen (PP) tullantılarını tək bir reaktor daxilində birlikdə emal edə bilər. Nəticədə əmələ gələn hidrogen 90%-dən çox təmiz idi və plastiklərin əvvəlcədən ayrılmasına ehtiyac yox idi.

“Biz eyni anda iki təcili qlobal problemi həll edirik”, – deyə həmmüəllif, UCLA-nın Ronald və Valeri Şuqar dekanı və kimya və biomolekulyar mühəndislik professoru Ah-Hyung “Alissa” Park bildirib. “Plastik tullantılar həyəcan verici sürətlə toplanır və təmiz hidrogen enerjinin dekarbonlaşdırılması üçün vacibdir. Bu texnologiya hər iki problemi yaradıcı və miqyaslı şəkildə həll edir.”

Əvvəlcə Biokütlə üçün hazırlanmış bir proses

Park və tədqiqatın həmmüəllifi, Ewha Womans Universitetinin kimya mühəndisliyi və materialşünaslıq professoru Woo-Jae Kim əvvəlcə bu prosesi dəniz yosunu kimi biokütlədən hidrogen istehsal etmək üçün karbon-neytral bir yol kimi inkişaf etdirmişdir.

Yeni tədqiqat üçün tədqiqatçılar metodu plastik tullantıları emal edə biləcək şəkildə uyğunlaşdırdılar. Laboratoriya sınaqları göstərdi ki, modifikasiya olunmuş proses PET, PE və PP-ni yüksək təmizlikli hidrogenə uğurla çevirir.

Emal, ənənəvi buxar qazlaşdırmasında istifadə edilən temperaturdan 300-400 dərəcə Selsi aşağı temperaturda işləyərkən PET-dən xeyli çox hidrogen əmələ gətirir. Qazlaşdırma adətən materialları parçalamaq və qazlara çevirmək üçün intensiv istiliyə əsaslanır və bu da onu yüksək enerji tələb edən hala gətirir.

Davamlı Plastikləri Daha Reaktiv Etmək

PET qələvi emalına yaxşı cavab verdi, lakin polietilen və polipropilen əvvəlcə daha az hidrogen istehsal etdi. Bu iki plastik tamamilə karbon-hidrogen bağlarından ibarətdir və qələvi şəraitdə kimyəvi cəhətdən davamlıdır.

Bu maneəni aradan qaldırmaq üçün tədqiqatçılar termal oksidləşmədən əvvəl emal üsulu yaratdılar. Əsas reaksiyaya girməzdən əvvəl plastiklər nisbətən mülayim temperaturda havada qısa müddətə qızdırılır.

Bu ilkin addım plastikləri təşkil edən uzun polimer zəncirlərinə oksigen tərkibli funksional qruplar əlavə edir. Bu qruplar kimyəvi cəhətdən reaktiv sahələr yaradır və qələvi emalın əks halda əsasən inert qalacaq materialları parçalamasına imkan verir.

Bu aktivləşdirmə mərhələsindən sonra hər üç növ plastik səmərəli şəkildə parçalandı.

Plastik Karbonu Bərk Minerallar Arasında Tutmaq

Reaksiya zamanı natrium hidroksid plastiklərdən ayrılan karbonu tutaraq bərk natrium karbonata çevirir. Bu, karbonun atmosfer karbon qazı kimi reaktordan çıxmasının qarşısını alır.

Reaksiyadan sonra aparılan təhlillər göstərib ki, plastikdə əvvəlcə mövcud olan karbonun 75%-dən çoxu sabit karbonat birləşmələrinə və ya maye üzvi qalıqlara çevrilib. 13%-dən az hissəsi qaz fazasına daxil olub və reaksiya zamanı birbaşa atmosferə buraxılan miqdar əhəmiyyətsiz olub.

Natrium karbonat həmçinin sadə bərpa prosesi vasitəsilə kalsium karbonatına çevrilə bilər. Bu çevrilmə karbonu ənənəvi olaraq əhəmiyyətli dərəcədə karbon emissiyaları yaradan sənaye sahələrində geniş istifadə olunan sabit bir mineralın içərisində daimi olaraq saxlayır.

Plastik Təkrar Emalının Əsas Məhdudiyyətlərinin Həll Edilməsi

Plastik tullantılardan hidrogen hazırlamaq üçün digər aşağı temperaturlu üsulların da əhəmiyyətli məhdudiyyətləri var. Məsələn, günəş enerjisi ilə işləyən fotoreformasiya və elektrokimyəvi çevrilmə ümumiyyətlə yalnız PET kimi oksigen tərkibli plastiklərlə işləyir.

Bu, qlobal tullantı axınında ən çox yayılmış plastiklərdən biri olsalar da, polietilen və polipropilenin prosesdən kənarda qalmasına səbəb olur.

Yüksək temperaturlu qazlaşdırma qarışıq plastiki çeşidləmədən emal edə bilər, lakin əhəmiyyətli miqdarda karbon qazı buraxır. Tədqiqatçıların fikrincə, bu, hər üç problemi bir anda həll etmək üçün qələvi termik emal metodundan istifadənin ilk nümunəsidir.

Bu proses qarışıq plastikləri emal edə bilir, nisbətən aşağı temperaturda işləyir və karbonun çox hissəsini atmosferə buraxmaq əvəzinə tutur.

Kim bildirib ki, “Kommersiyalaşdırmaya əsas maneələr olan çeşidləmə xərclərini və proses mürəkkəbliyini azaltmaqla, bu texnologiya həm hidrogen iqtisadiyyatını, həm də dairəvi iqtisadiyyatı dəstəkləyən yeni nəsil əsas texnologiyaya çevrilmək potensialına malikdir”.

Kommersiya məqsədli istifadədən əvvəl daha çox sınaq tələb olunur

Laboratoriya nəticələri ümidverici olsa da, texnologiya hələ geniş yayılmağa hazır deyil. Tədqiqatçılar prosesi təkmilləşdirmək və kommersiya miqyasında hidrogen istehsal edə biləcəyini müəyyən etmək üçün əlavə tədqiqatların aparılmasına ehtiyac olduğunu söyləyirlər.

Tədqiqat Koreya Milli Tədqiqat Fondu tərəfindən dəstəklənib. Əlavə müəlliflər arasında Ewha Qadınlar Universitetindən Jieun Park, Hyerin Seo və Jiwon Lee; Koreya Aerokosmik Universitetindən Hyunah Kim; Kangwon Milli Universitetindən Hyung-Kyu Lim və Sogang Universitetindən Wonho Jung var.