В 2019 году в инновационном центре Сколково открылся исследовательский центр для разработки и тестирования продуктов из полимеров «СИБУР ПолиЛаб». Задачей центра является расширение возможности эффективного использования полимеров как при производстве уже существующих на рынке продуктов, так и при создании уникальных инновационных продуктовых решений, в том числе – с вовлечением вторичного сырья.
– Как происходит химическая переработка пластиковых отходов, насколько это сложно?
– Химическая переработка пластиковых отходов по своему принципу напоминает игру в лего: использованный полимер, как составная фигурка, разбирается на исходные блоки (более короткие молекулы), из которых можно вновь собрать что-то функциональное.
На языке химии из полимерных отходов в процессе деполимеризации под действием температуры и катализаторов получаются ценные продукты: нефтехимическое сырьё или мономеры (низкомолекулярные вещества, образующие полимер в реакции полимеризации).
На первом этапе переработки пластиковые отходы подготавливаются к реакции, проводится контроль входящего сырья, его измельчение. На втором этапе в реакторе длинные цепочки полимеров рвутся с образованием коротких молекул, которые после разделения и очистки снова могут быть использованы в производственном цикле.
В целом, процесс несложный по промышленным меркам, но вызов в том, что в отличие от традиционного нефтяного сырья, состав которого относительно стабилен, отходы содержат различные типы материалов, состав которых может меняться со временем, что накладывает более строгие требования на процесс переработки.
– Есть ли преимущество химической переработки над механической?
– Да. Важное преимущество термохимических методов – это переработка смешанных, многокомпонентных и загрязнённых пластиковых отходов. По сути, того типа смешанного пластика, о котором мы привыкли думать как о неперерабатываемом. Справляясь с таким типом отходов, химическая переработка позволяет значительно увеличить процент переработки. В частности, задекларированное ЕС увеличение доли перерабатываемого пластика (50% к 2030 году) может быть достигнуто только в случае дальнейшего развития и масштабирования этих решений.
Во-вторых, в отличие от механической переработки, химическая позволяет получать пластики, не отличимые по свойствам от исходных, то есть по сути не ограничивает количество циклов переработки.
– Какой пластик можно переработать химическим путём?
– Практически любой пластик или смесь пластиков. Концепция развития химических методов переработки – дополнение существующих механических методов. То есть они должны работать для тех видов отходов, для которых механика сложна или неприменима. Продукты химической переработки могут применяться в различных областях: заменять нефтяное и газовое сырьё и использоваться для тех же целей, для которых сейчас используются полезные ископаемые.
– Какие есть виды химической переработки?
– Химическую переработку можно поделить на два подтипа. Первый – деполимеризация пластиков, которые можно селективно «разобрать» на кирпичики-мономеры (например ПЭТФ, полистирол, полиуретаны, полиакрилаты). Наиболее продвинут процесс химической переработки отходов ПЭТФ. Процесс включает в себя сбор, разделение, очистку и гидролиз полимера с получением исходных сомономеров для синтеза нового полимера.
С полиолефинами (полиэтилен, полипропилен) задача несколько сложнее. Они перерабатываются путём термической деструкции, или по-другому, термолиза. На первой стадии из них получают фракции углеводородов – аналог нефтехимического сырья. Затем её подвергают пиролизу с получением целевых мономеров.
– Для производства каких товаров могло бы пригодиться вторсырьё, полученное в результате химической переработки?
– Полимеры, синтезированные из мономеров, полученных из вторичного сырья, ничем не отличаются от первичных полимеров и могут использоваться в тех же областях применения, без ограничений. В то время как для механической переработки большинства пластиков серьёзным ограничением является создание продукции из переработанных материалов для изделий, которые будут контактировать с пищей. По сути, на текущий момент вопрос достаточно эффективно решён только для вторичного ПЭТФ.
– Какие минусы в химической переработке? Есть ли вред окружающей среде?
– К текущим недостаткам химической переработки можно отнести более низкий уровень зрелости технологий и готовности инфраструктуры по сравнению с механической.
Относительно потенциального эффекта на окружающую среду влияние этих методов оценивается положительно: меньше пластика идёт на захоронение или сжигание, сырьё возвращается в производственный цикл. Несколько оценок углеродного следа этих технологий позволяют сделать вывод, что, применяя их, можно достичь уменьшения выбросов CO2 на тонну производимых изделий. Например, CE Delft подсчитал, что деполимеризация позволяет сэкономить 1,5 тонны CO2 на одну тонну переработанного пластика по сравнению с производством новых материалов.
– Где в мире занимаются химической переработкой? Есть ли положительные результаты?
– На данный момент в мире уже существует ряд проектов, которые перерабатывают пластик химически. По прогнозам, их число значительно вырастет в ближайшие годы. Экономически развитые регионы с ответственным отношением к экологии, такие как Европа, Америка и азиатские страны (Япония, Корея), увеличивают инвестиции в эту отрасль.
Примеров в публичном поле много. Например, BASF Chemcycling в Германии – комплекс по переработке отходов, который совмещает механическую и химическую переработки, Renasci в Бельгии.
– Пробуете ли вы в России заниматься химической переработкой? Используете мировой опыт?
– Мы тестируем ряд технологических решений для переработки отходов химическими методами, используя накопленный мировой опыт. С партнёрами мы выстраиваем всю цепочку от сбора отходов до возвращения возобновляемого сырья в нефтехимический цикл. Работаем над повышением эффективности этих решений, в том числе с российской наукой.
– Кто в России проводит подобные эксперименты?
– Понимание важности развития технологий химической переработки отходов в России растёт. Поэтому всё больше компаний нефтегазового сектора и научных центров задействованы в этой области. На следующем этапе крайне важно перейти от этапа лабораторных исследований к пилотным и промышленным решениям.
