Новое исследование Корнельского инженерного колледжа направлено на упрощение процесса химической переработки — развивающейся отрасли, которая может превращать отходы обратно в природные ресурсы, физически расщепляя пластик на более мелкие молекулы, из которых он был первоначально произведен.

В новой статье «Последующая оценка жизненного цикла и оптимизация химической переработки полиэтиленовых пластиковых отходов высокой плотности», опубликованной в выпуске журнала ACS Sustainable Chemistry & Engineering за 13 сентября , Fengqi You, Roxanne E. and Michael J. Зак, профессор в области инженерии энергетических систем, и докторант Сян Чжао подробно описывают структуру, включающую несколько математических моделей и методологий, которые учитывают все, от оборудования для химической переработки, процессов и источников энергии до воздействия на окружающую среду и рынка конечных продуктов.

Эта структура является первым комплексным анализом подобного рода, который позволяет количественно оценить воздействие химической переработки пластиковых отходов на окружающую среду в течение всего жизненного цикла, например, изменение климата и токсичность для человека.

С 1950-х годов были произведены миллиарды тонн пластика, но большая часть его — 91%, согласно одному часто цитируемому исследованию — не была переработана. В то время как рост мусорных свалок и зараженных природных территорий вызывает беспокойство, отказ от сокращения и повторного использования пластика также рассматривается некоторыми как упущенная экономическая возможность.

Вот почему развивающаяся отрасль химической переработки привлекает внимание отрасли по переработке отходов и таких исследователей, как You, которые помогают определить оптимальные технологии для химической переработки и предоставляют дорожную карту для будущего отрасли.

Химическая переработка не только создает «экономику замкнутого цикла», в которой отходы могут быть превращены обратно в природный ресурс, но и открывает двери для пластмасс, таких как полиэтилен высокой плотности, которые используются для производства таких предметов, как жесткие бутылки, игрушки. , подземные трубы и конверты с почтовыми посылками — для более широкого использования.

Вы можете количественно оценить экологические последствия рыночной динамики, которые упускаются из виду при типичных оценках устойчивости жизненного цикла. Это также первая технология, сочетающая оптимизацию надстройки — вычислительную технику для поиска в большом комбинаторном пространстве технологических путей минимизации затрат — с анализом жизненного цикла, рыночной информацией и экономическим равновесием.

В документе подчеркиваются преимущества последовательной оптимизации жизненного цикла по сравнению с более традиционными аналитическими инструментами. В одном сценарии, чтобы максимизировать экономические результаты при минимизации воздействия на окружающую среду, оптимизация жизненного цикла привела к снижению выбросов парниковых газов более чем на 14% и снижению фотохимического загрязнения воздуха более чем на 60% по сравнению с обычно применяемым подходом оценки жизненного цикла на основе атрибуции. используется в исследованиях по экологической оценке.

Хотя анализ дает отраслевым экспертам и лицам, определяющим политику, общий путь для продвижения химической рециркуляции и экономики замкнутого цикла для пластмасс, необходимо учитывать множество вариантов и переменных на технологическом пути. Например, если рыночный спрос на основные химические вещества, такие как этилен и пропилен, достаточно высок, структура рекомендует конкретный тип технологии химического разделения, в то время как, если желательны бутан или изобутен, оптимальной является технология другого типа.

«Это химический процесс, и существует так много возможностей», — сказал Вы. «Если мы хотим инвестировать в химическую переработку, какую технологию мы бы использовали? Это действительно зависит от состава наших отходов, разновидностей полиэтиленового пластика и от текущих рыночных цен на конечные продукты, такие как топливо и углеводороды».

Экологические последствия химической переработки зависят от таких переменных, как процесс поставки химического сырья и продуктов. Например, структура обнаружила, что производство бутена на месте, а не его поставка, может снизить фотохимическое загрязнение воздуха от перерабатывающих заводов почти на 20%, в то время как использование природного газа на месте увеличивает потенциально вредное ионизирующее излучение более чем на 37%.

«Всегда есть что-то, что мы можем изменить и отрегулировать в технологии и процессе, и это сложная часть», — сказал Ю, добавив, что по мере появления новых методов химической переработки и изменения рынков последующая оптимизация жизненного цикла останется мощным инструментом для руководства. развивающаяся промышленность.