Меньше мусора: ученые нашли способ переработать материал, который считался непригодным для этого

Как работает новая технология расщепления материала

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature, команда под руководством химика Мартина Острайха сумела разобрать молекулярные цепи силикона до диметилдихлорсилана. Это соединение служит фундаментальным строительным блоком для производства исходного материала. Нагрев всего до 80 градусов по Цельсию оказался достаточным, чтобы получить выход полезного сырья до 99 процентов для отдельных тестируемых изделий. Даже при переработке смешанного силиконового мусора показатель достиг 86 процентов.

До сих пор старые кухонные формы для выпечки, медицинские трубки, автомобильные уплотнители и чехлы для смартфонов в основном отправляли на мусоросжигательные заводы или мусорные полигоны.

Обычные методы утилизации максимум измельчали сырье или превращали его в кольцеобразные молекулы, что ощутимо снижало качество вторичного продукта. Новый подход возвращает чистый исходный химикат, из которого можно создавать силиконы с абсолютно любыми необходимыми свойствами.

Химическая реакция, преодолевающая сверхпрочные связи

Главное преимущество силикона – долговечность и устойчивость к жаре или холоду – в то же время было главным врагом экологии. Прочное сцепление атомов кремния и кислорода практически не поддавалось разрушению без колоссальных энергозатрат.

Разорвать кремний-кислородные связи чрезвычайно сложно. Именно поэтому силикон является настолько стабильным материалом,
– прокомментировал химик Мартин Острайх из Берлинского технического университета.

Чтобы преодолеть этот барьер, ученые применили специальные катализаторы – положительно заряженные соединения кремния, известные как ионы силилия. Они активируют распад цепей в сочетании с хлорсодержащим соединением фосгеном. Атомы кислорода в процессе реакции отделяются и выделяются в виде углекислого газа, что предотвращает нежелательные побочные реакции.

Энергетическая выгода и вызовы промышленного масштабирования

Традиционный метод производства силикона начинается с извлечения чистого кремния из кварцевого песка при адских 2000 градусах Цельсия, после чего промышленность проходит ряд сложных химических этапов для синтеза диметилдихлорсилана. Получение этого компонента напрямую из отходов обещает существенную оптимизацию затрат, хотя полный экологический баланс исследователи еще формируют.

Главным препятствием для промышленного применения остается сам фосген, ведь это вещество чрезвычайно токсично. В лаборатории ученые использовали более безопасный твердый трифосген, который выделяет нужный газ только во время реакции. Сейчас специалисты ищут менее опасные альтернативы и дорабатывают технологию очистки конечного сырья от возможных остатков хлорсодержащих частиц.

Ученые уже подали заявку на патент. Этому прорыву предшествовали примерно 15 лет фундаментальных исследований ионов силилия, из которых последние 5 лет группа посвятила непосредственно проблеме утилизации силиконовых изделий.

Наш успех доказывает, что фундаментальные исследования со временем могут принести пользу в вполне конкретных сферах, о которых раньше никто и не думал,
– добавил Мартин Острайх.

Теперь авторам методики предстоит подтвердить эффективность технологии на промышленных мощностях и оптимизировать протоколы безопасности.