Свалки пластиковых отходов, считает профессор Эрвин Рейснер, могут стать нефтяными месторождениями будущего.
"По сути, пластик - это еще одна форма ископаемого топлива", - говорит профессор Рейснер, профессор энергетики и устойчивого развития Кембриджского университета. "Он богат энергией и химическим составом, который мы хотим раскрыть".
Но химические связи, из которых состоят пластмассы, рассчитаны на длительное использование, и из семи миллиардов тонн, когда-либо созданных, менее 10% было переработано.
Диляна Михайлова, руководитель программы по пластмассам Фонда Эллен Макартур, говорит: "Наша экономика, основанная на добыче и производстве отходов, приводит к тому, что ценные материалы теряются на миллиарды долларов".
Во всем мире ежегодно производится более 400 миллионов тонн пластика - примерно столько же, сколько весит все человечество. Сегодня около 85% попадает на свалку или теряется в окружающей среде, где остается на сотни, а возможно, и тысячи лет.
Сейчас идет борьба за то, чтобы найти лучший способ разрушить эти химические связи и вернуть драгоценные ресурсы Земли, запертые в пластике.
Механическая переработка, при которой отходы пластика моют, измельчают, плавят и перерабатывают, со временем разрушает пластик и может привести к получению продукции несоответствующего качества.
Индустрия пластмасс заинтересована в химической переработке, когда добавки используются для изменения химической структуры отработанного пластика, превращая его обратно в вещества, которые могут быть использованы в качестве сырья, возможно, для производства топлива, такого как бензин и дизельное топливо.
Однако такой подход в настоящее время является дорогостоящим и неэффективным и подвергается критике со стороны экологических групп.
"Поэтому, - говорит г-жа Михайлова, - так же, как мы не можем перерабатывать пластик, чтобы выйти из кризиса загрязнения окружающей среды, мы не можем рассчитывать на то, что процессы переработки пластика в топливо решат эту проблему".
Может быть, новая система, работающая на солнечной энергии, покажет путь вперед?
Профессор Рейснер и его команда разработали процесс, который может преобразовывать не один, а два потока отходов - пластик и CO2 - в два химических продукта одновременно - и все это с помощью солнечного света.
Технология превращает CO2 и пластик в сингаз - ключевой компонент устойчивого топлива, такого как водород. Она также производит гликолевую кислоту, которая широко используется в косметической промышленности.
Система работает за счет интеграции катализаторов - химических соединений, ускоряющих химическую реакцию, - в поглотитель света.
"Наш процесс работает при комнатной температуре и комнатном давлении", - говорит он.
"Реакции запускаются автоматически, когда вы подвергаете его воздействию солнечного света. Вам больше ничего не нужно".
И, как уверяет профессор Рейснер, процесс не производит никаких вредных отходов.
"Химия чистая", - говорит он.
Другие технологии, использующие солнечную энергию, перспективны для решения проблем загрязнения пластика и преобразования CO2, но это первый случай, когда они объединены в одном процессе.
"Сочетание этих двух технологий означает, что мы добавляем ценность процессу", - говорит профессор Рейснер. "Теперь у нас есть четыре потока стоимости - уменьшение пластиковых отходов, уменьшение выбросов CO2 и производство двух ценных химических веществ. Мы надеемся, что это приблизит нас к коммерциализации".
Кроме того, профессор Райнер утверждает, что его система может перерабатывать пластиковые отходы, не подлежащие переработке.
"Обычно пластик, загрязненный пищевыми отходами, отправляется на сжигание, но этот пластик действительно полезен для нас. На самом деле, пища - это хороший субстрат, поэтому она делает наш процесс более эффективным".
Исследователи по всему миру ищут способы превратить ненужный пластик в нечто полезное.
При расщеплении элементы пластика могут быть переработаны в огромное количество новых продуктов, включая моющие средства, смазочные материалы, краски и растворители, а также биоразлагаемые соединения для использования в биомедицинских целях.
Природа нашла способы расщепления полимеров - веществ, состоящих из очень крупных молекул, - и пластик является синтетическим полимером.
"Уже существуют бактерии, которые имеют ферменты, предназначенные для расщепления [полимеров]", - говорит д-р Виктория Беммер, старший научный сотрудник Портсмутского университета.
"Мы можем подстроить эти ферменты, слегка изменив их структуру - чтобы они работали быстрее, сделать их более прочными или стабильными".
Используя машинное обучение, доктор Беммер и ее команда разработали варианты ферментов, приспособленных для расщепления всех видов полиэтилентерефталата (ПЭТ), разновидности полиэстера.
По словам д-ра Беммер, ферменты расщепляют пластик аналогично химической переработке, но поскольку они схожи с ферментами, встречающимися в природе, процесс может проходить в гораздо более "благоприятных условиях".
Там, где при химической переработке используются химикаты, команда Портсмутского университета может использовать воду. Самая высокая температура, которая им требуется, составляет 70C, что означает низкое потребление энергии по сравнению с другими процессами.
Доктор Беммер и ее команда продолжают разработку своих ферментов и надеются, что их работа поможет создать устойчивую циркулярную экономику и для одежды на основе пластика.
Полиэстер, изготовленный из ПЭТ, является наиболее широко используемым в мире волокном для одежды.
Однако переработать синтетические ткани с помощью энзимов непросто. Добавление красителей и другие химические обработки затрудняют их разложение в естественном процессе.
"Полиэстер - это абсолютная боль", - говорит д-р Беммер. "Кроме того, очень редко это просто чистый полиэстер. Встречаются и смешанные волокна".
Команда надеется, что их ферменты позволят превратить ПЭТФ в отходах текстиля в суп из простых строительных блоков, готовых к переработке в новые полиэфиры.
"Мы находимся на очень ранней стадии", - говорит д-р Беммер. "Мы еще не знаем, будут ли красители и добавки к этим тканям препятствовать действию ферментов на полиэфирную цепь. Надеемся, что они не окажут влияния, и мы сможем продолжать работу, но если окажут, то мы сможем развивать наши ферменты дальше".
Мировое производство пластика продолжает расти, и ожидается, что к 2060 году оно утроится. Для многих переработка отходов остается главным направлением в решении этой проблемы, но некоторые утверждают, что этого никогда не будет достаточно.
Вернувшись в Кембридж, команда профессора Рейснера делает "маленькие шаги в направлении" коммерциализации. В течение следующих пяти лет они планируют усовершенствовать систему для производства более сложных продуктов и надеются, что в один прекрасный день эта технология может быть использована для создания полностью работающего на солнечной энергии завода по переработке отходов.
По словам профессора Рейснера, ежегодно уже производится около 600 миллионов тонн сингаза, но в основном из ископаемого топлива.
"Если мы сможем производить сингаз, мы сможем получить доступ почти ко всей нефтехимической промышленности и сделать ее устойчивой".
