Учёные разработали революционную технологию, превращающую обычные отходы в полезный аккумуляторный ресурс: «Перспективный путь»
Недавнее исследование изучило потенциал преобразования пластиковых отходов в высокоценные углеродные материалы для самых разных сфер применения, включая те, что используются для систем хранения энергии.
Эта совместная работа китайских исследователей была опубликована в журнале «Устойчивые углеродные материалы» (Sustainable Carbon Materials) и была посвящена тому, как глобальную проблему пластиковых отходов можно превратить в ценную ресурсную базу.
«Это перспективный путь к циркулярной углеродной экономике», — отметил профессор Ян Чэнь (Yan Chen), соавтор исследования из Южно-Китайского технологического университета (South China University of Technology), как сообщает издание Interesting Engineering.
«Преобразование пластиковых отходов в функциональные углеродные материалы может помочь замкнуть цикл между борьбой с загрязнением и развитием возобновляемой энергетики», — добавил Чэнь.
По данным ООН (United Nations), ежегодно производится более 440 миллионов тонн пластика, половина из которых предназначена для одноразового использования. Более 12 миллионов тонн этих отходов попадает в озёра, реки и океаны — часто в виде микропластика — угрожая жизни морских организмов и людям.
К сожалению, мировые усилия по переработке оказываются неэффективными: большая часть пластиковых отходов так и остаётся невостребованной. Методы утилизации включают механическую переработку, сжигание и захоронение, однако, согласно исследованию, перерабатывается менее 10% пластика, а некоторые способы приводят к вторичному загрязнению.
Учёные изучили физико-химические свойства основных видов пластика, применяемых в промышленности, включая полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полиэтилентерефталат (PET), полистирол, и исследовали возможные варианты их использования с целью снижения нагрузки на окружающую среду.
Используя традиционные процессы и новые технологические решения, исследователи показали, что из пластиковых отходов можно производить высокополезные углеродные материалы. Среди них — углеродные нанотрубки, графен, пористый углерод, углеродные сферы, углеродные нанолисты, углеродные квантовые точки (CQDs) и мягкий углерод. Исследование выявило, что преобразование пластиковых отходов в углеродные материалы высокой ценности — это эффективный и малозатратный способ получения продуктов с более высокой экономической и экологической ценностью по сравнению с традиционными методами производства углерода.
Согласно исследованию, углеродные материалы, полученные из пластика, обычно «обладают настраиваемой поровой структурой, изменяемой поверхностной химией и отличной способностью к переносу заряда, что делает их исключительно подходящими для экологических и энергетических задач».
Пластиковые бутылки из PET оказались особенно полезными для адсорбции и улавливания CO2, что делает их эффективным инструментом для сокращения объёмов парникового газа в атмосфере.
Также были выявлены преимущества для экологической ремедиации: углеродные материалы из пластиковых отходов способны удалять антибиотики и тяжёлые металлы, опасные для экосистем.
Особую значимость пластиково-углеродные материалы имеют для развития зелёных технологий, таких как литий-ионные аккумуляторы.
Когда эти материалы использовали в качестве анодов литиевых батарей, они продемонстрировали три ключевых преимущества: улучшенную кинетику, стабильные интерфейсы и структурную долговечность.
Высокая разрядная ёмкость и устойчивость к циклированию усиливают эффективность аккумуляторов и способствуют инновациям в сфере электромобилей и систем накопления энергии — важнейших элементов перехода к чистой энергетике.
Суперконденсаторы, которые обеспечивают высокую ёмкость хранения и быструю подачу энергии, также выигрывают от использования переработанных пластиковых материалов.
И хотя количество альтернатив пластику растёт, освободиться от глобальной зависимости от полимеров в ближайшее время будет сложно.
Тем не менее инновационные процессы переработки способны превратить тяжёлое бремя пластиковых отходов в полезный ресурс, поддерживающий развитие более устойчивых технологий без опоры на «грязные» виды топлива.