梨花女子大学团队开发低能耗碱性处理工艺，可将未经分类的混合塑料转化为清洁氢气，并减少碳排放。

韩国研究人员开发出一项新技术，可将因难以分类而长期无法回收利用的混合废塑料转化为高纯度氢气。与现有技术相比，该方法能够在更低的温度和压力下运行，同时减少碳排放，因此被认为是一项能够同时解决废塑料处理和清洁能源生产问题的创新技术。

由梨花女子大学（Ewha Womans University）化学与材料工程系Kim U-jae教授领导的研究团队表示，他们开发出一种名为“碱性热处理（alkaline heat treatment）”的新工艺，可将混合塑料废弃物转化为高纯度氢气。相关研究成果于7日发表在国际权威期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。

目前，全球塑料废弃物中实际上只有约9%得到了回收利用，其余大部分被填埋或焚烧。研究团队指出，约79%的塑料垃圾被填埋，约12%被焚烧处理。

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塑料回收率低的一个重要原因在于，废塑料通常是多种材料混合丢弃，导致回收效率大幅下降。例如：

  • -PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）：广泛用于饮料瓶；
  • -PE（聚乙烯）：主要用于塑料袋和包装材料；
  • -PP（聚丙烯）：广泛用于日用品和各种容器。

由于这些塑料具有不同的化学和物理性质，因此在回收之前必须逐一分类，而这一过程既复杂又昂贵。

为了克服这一难题，研究团队不仅致力于处理废塑料，还探索了将其作为制氢原料的新途径。

他们开发的碱性热处理工艺利用氢氧化钠（NaOH）等碱性物质分解塑料，并在此过程中生成氢气。

氢氧化钠（俗称烧碱或苛性钠）是一种强碱，能够破坏塑料稳定而坚固的化学结构，从而促进塑料分解。

事实上，将混合废塑料转化为氢气的技术此前已经存在，其中最具代表性的是气化（Gasification）技术。该方法需要在极高温、高压条件下分解废塑料，产生可燃气体。

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然而，气化技术存在明显缺点，包括：

  • -能耗高；
  • -工艺条件苛刻；
  • -处理过程中产生较多碳排放。

尤其是PE和PP这两类塑料，由于化学结构非常稳定，因此很难直接分解。

针对这一问题，研究团队增加了一个热氧化预处理（thermal oxidation pretreatment）步骤。

在正式处理之前，先对塑料进行热氧化，使其更容易发生化学反应。随后，研究人员进一步优化了热氧化条件，并调整了氢氧化钠与塑料之间的配比，从而显著提高了氢气产率。

实验结果表明，无论是单一种类塑料还是未经分类的混合废塑料，都能够生产出高纯度氢气。

研究团队指出，与传统气化技术相比，这种新工艺无需对不同种类塑料进行精细分类，因此更具实际应用价值。

氢气被认为是一种清洁能源，因为无论燃烧还是用于燃料电池发电，几乎不会排放二氧化碳。

不过，如果制氢过程本身需要大量能源或伴随大量碳排放，那么氢能的环保优势就会大打折扣。

这项新技术的重要意义在于：

  • -以废弃塑料作为原料；
  • -在相对低能耗条件下生产氢气；
  • -同时减少塑料污染和碳排放。

研究团队表示：“与传统气化技术相比，这项技术能够降低能源消耗和碳排放，因此有望成为一种可持续发展的塑料回收利用技术。”

他们还补充说：“碱性热处理工艺有望成为一种全新的升级再利用（Upcycling）路径，将废塑料转化为清洁氢燃料。”

原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2537552123

（素材来自：梨花女子大学 全球氢能网、新能源网综合）