俄羅斯驚現廢塑料變油術，低成本燃油橫空出世_風聞

今天，是一個里程碑！2024年10月25日，新西伯利亞國立大學的科學家們從不可回收塑料中成功獲得了首批合成燃料。

在新西伯利亞國立大學自然科學學院物理化學系的實驗室中，組裝了一台用於將聚合物廢料的熱解液體產物轉化為合成燃料的催化裝置。在前三週的運行中，科學家們成功提取了首批三升煤油。目前，正在確定毛細反應器的最佳工作模式、研究催化劑再生的重要週期、選擇催化過程的最佳參數、篩選催化劑，並監控裝置的關鍵性能指標，分析獲得的產品。

這套設備是由雅羅斯拉夫爾市的“Onium Plus”公司提供的，該公司還負責設備的安裝。2023年12月，新西伯利亞國立大學自然科學學院物理化學系、俄羅斯科學院西伯利亞分院G.K.博列斯科夫催化研究所的科學家們與該公司代表合作，創建了一種將不可回收塑料轉化為合成燃料的技術，相關的研究文章已在新西伯利亞國立大學網站上發佈。

該技術由多個階段組成。首先，對不可回收塑料進行熱解，即在400至600°C的無氧條件下進行熱分解，產生熱解油——一種不均勻的碳氫化合物液體混合物，含有大量不良雜質，呈暗黃色並具有刺鼻氣味。接下來，根據沸點對多組分混合物進行分餾。然而，由於不飽和碳氫化合物含量較高，熱解油及其餾分尚不適合作為燃料使用，因為這類物質可能會損壞內燃機。通過應用催化技術可以將其轉化為可用的燃料。Onium Plus公司請求新西伯利亞國立大學的研究人員開發這項技術，並對鎳-鉬催化劑進行初步實驗，結果顯示在管式反應器中成功合成了透明無色、帶有輕微煤油氣味的液體。

不過，要將其用於內燃機，還需要開發新的催化劑成分和合成方法，並對氫化裝置進行改造，確定催化過程的最佳參數，並完成催化劑自動再生的所有周期。為此，Onium Plus公司又製造了兩套催化裝置——一套用於工廠的試驗裝置，另一套實驗室裝置在5月底交付給新西伯利亞國立大學的研究人員。目前，正在對催化過程進行平行測試，科學家們正在優化催化劑的成分、反應條件、温度、壓力和流速，而公司專家則在擴大規模的同時進行設備的耐用性測試。實驗的關鍵要求是兩套裝置必須全天候連續運行。

“塑料廢料的熱解液體產物主要由大量不飽和碳氫化合物組成的中、重餾分組成，該產物通過高壓液泵從原料罐輸送到混合器，並在40個大氣壓下與氫氣混合。隨後，混合物分批進入反應器，在高温高壓條件下進行催化反應。根據催化劑的成分，可能發生氫化、加氫裂化或加氫異構化。目前，該裝置在40個大氣壓、360至400°C的條件下進行加氫裂化，這被認為是該過程的標準。參數的選擇取決於需要獲得的產品類型，此次實驗的目標是生產煤油。”——新西伯利亞國立大學自然科學學院物理化學系的科學研究員安東·利斯科夫介紹了該裝置的運行原理。

來自反應器的產物混合物通過蛇形管進入分離器，在冷卻過程中分離成氣體和液體。氣體向上排出，而液體逐漸在積液器中冷凝。當液體重量達到設定值時，採用閘門方法進行排放：排放管線上的第一個閥門開啓，液體產品流入緩衝罐。檢測到重量減輕後，第一個閥門關閉，第二個閥門打開，液體進入接收器，並根據稱重結果評估產品的產量。然後第二個閥門關閉，等待下次取樣。此自動溢流裝置的設計可避免在排放產品時出現明顯的壓力下降，並在長時間實驗中穩定積累產品。

“我們最初對聚合物廢料熱解液體產物的加工嘗試得到的物質與現在合成的物質類似，但其凝固點約為0攝氏度，這個指標遠高於我們的目標。因此，我們調整了催化劑的配方，使其引發裂解和異構化反應，顯著降低了凝固點，目前已達-20攝氏度。在三週的連續不間斷運行中，我們從熱解產物中提取了約3升優質的防凍煤油，可作為燃料添加劑使用，產量為每小時6毫升。”——新西伯利亞國立大學自然科學學院物理化學系副教授葉卡捷琳娜·帕爾霍姆丘克如是説。

最終產品經過詳細分析：研究人員研究其分餾、分組、成分和元素組成，測量硫和氯的含量、閃點和渾濁點等參數。這些參數對產品的後續應用非常重要，決定了它的實際用途。 

新西伯利亞國立大學的科學家們最初選擇了常用的鎳-鉬催化劑作為鋁氧化物載體的實驗起點，並獲得了初步的積極成果。

“我們積累了初步經驗——確定了該催化劑的活性，觀察了過程的進行，掌握了處理這種特殊原料的技能，並確定了主要問題。熱解油與傳統石油有很大不同，通常這種原料含有長鏈烴，並具有較高的C17+烴含量，且其凝固和沸騰温度都較高。這些物質在反應器的冷區積累，形成‘蠟狀’堵塞，可能導致壓力波動。遇到這個問題後，我們開始選擇加氫裂化和加氫異構化催化劑，以打斷長鏈烴，生成更小的分子，使其分支化，從而解決了反應器的結蠟問題，同時降低了產品的凝固點和渾濁點，最終得到更高質量和更易燃的烴類產物。”——新西伯利亞國立大學自然科學學院物理化學系研究生葉卡捷琳娜·沃羅比約娃解釋道。

最初得到了加氫催化劑，隨後是加氫異構化和加氫裂化催化劑，並在此基礎上取得了第一個積極結果：產品的渾濁點開始顯著下降，烴類的燃燒特性也發生了變化。目前，科學家們正在研究一種具有更高加氫裂化和加氫異構化活性的催化劑，並得到了渾濁點低於-20攝氏度的產品。值得注意的是，該催化劑在連續幾百小時的工作中表現出穩定的性能。最重要的是，獲得的產品可以按照要求燃燒，並且含有大量的異構體，這是合成發動機燃料和潤滑油所需要的特性。

新催化劑的裝置已連續運行近四周，期間催化劑的活性沒有降低，沒有出現壓力波動或積炭現象。

“在完善這項技術的過程中，我們不斷提升處理這種特殊原料的技能，這種原料與石油差異很大。對我們而言，這是一項非常有趣的挑戰，因為塑料廢料確實越來越多，而並非所有的廢料都適合二次回收。將其填埋並不能解決問題。對我而言，從科學角度來説，瞭解這種原料的處理特點以及催化劑的性能要求是很有趣的，這將有助於從不可回收的廢料中穩定、長期地生產高質量的發動機燃料和潤滑油。”——葉卡捷琳娜·沃羅比約娃説道。

科學家們對他們的工作成果評價為令人鼓舞，而從熱解產品中生產燃料被認為是有利可圖的，因為只有5%的原料轉化為氣體，其餘的質量則轉化為優質合成燃料。目前，**這項技術可以認為幾乎已經準備好投入應用，具體的實施將僅取決於催化裝置的建設速度。****生產樣本與實驗室裝置的主要區別在於反應器的數量。**在實驗室裝置中，只有一個反應器，而在工業生產中，理論上可以安裝數百甚至數千個反應器。這樣一來，生產能力將大幅提升。

“每種類型的催化劑或新參數在投入應用之前，都需要經過數千小時的測試。進行更多的平行試驗可以更快地優化流程，並驗證各種解決方案的成功性。到今年年底，我們將啓動兩套新的加氫實驗裝置，從而增加同時運行的試驗數量。但目前我們正在負責實施的最有趣的任務是建立一個配備數十個微型反應器的試驗裝置模塊。**該模塊能夠以每小時數升的產能運行，集成了大型工廠中的所有系統。它配備了獨立的氫氣源、氫氣淨化與再壓縮裝置以及自動再生系統。**該裝置不僅會驗證催化系統的工業應用準備情況，**還將確認燃料生產的經濟可行性。**該設備將非常精確地確定工藝成本，這是未來工業應用的必要步驟。”——奧尼姆普拉斯公司代表亞歷山大·克利莫夫解釋道。 

材料由新西伯利亞國立大學新聞中心的葉蓮娜·潘菲洛整理。

而無獨有偶，俄羅斯雖然是資源大國，但是，不乏腦洞大開的科學家開闢新能源方向。早在多年前，就有同類報道，或許處於雛形階段。

當時，葉卡捷琳堡的企業家維亞切斯拉夫·澤林斯基自豪地稱自己為“石油人”——這不是玩笑，作為一項實驗，他在城市郊區的一個小型機庫中“提煉”出“黑金”。每週可產出7.5桶（1200升）。當其他熱衷者在斯維爾德洛夫斯克州徒勞地試圖通過傳統方式在地下尋找石油時，維亞切斯拉夫卻在更近的地方找到了它——垃圾桶裏。

他通過塑料提煉出合成石油，而據他説，這種塑料在俄羅斯幾乎沒人再回收處理。在之前的報道中，我們提到過某些廢棄物，例如蛋糕和蛋的包裝、食用油瓶子、出售半成品的托盤等，不適合回收處理，收集這些廢棄物的人最終會將其運往垃圾填埋場。但維亞切斯拉夫反其道而行之，開始思考如何利用這些垃圾。

“我們和合夥人在2014年5月決定開始收集塑料，那時在葉卡捷琳堡還沒有人做這件事，”企業家説道。“在此之前，我們走訪了幾個從事塑料回收的城市，與企業家交流，研究經驗，看看這種生意是否有利可圖。經過所有的會談後，我們意識到：回收網絡中的廢料中，50%是PET瓶，這種瓶子在回收領域需求很大，但另外50%是沒人回收的廢塑料，比如聚乙烯、包裝、各種瓶子、酸奶杯等，所有這些都會被送往垃圾填埋場。這就是我們決定專門處理這些塑料的原因。”

維亞切斯拉夫指出，在俄羅斯將聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等石化產品回收再生成石油的經驗幾乎沒有，但其他國家已經有所應用。在研究了不同的方案後，企業家們最終選擇了來自韓國的熱解裝置（無氧“燃燒”），因為它價格最低，花費了50萬美元。

“這是一個實驗性設備，我們在2014年5月訂購，並於2015年7月正式啓用，等待它為我們定製製造。通常這種設備的處理量可達每天16噸，而我們的設備每天只能處理一噸，”維亞切斯拉夫解釋道。“簡單來説，它的工作原理類似於蒸餾裝置，通過在無氧條件下分解碳氫化合物。”

企業家在葉卡捷琳堡的恰卡洛夫區設置了160個網格，用於收集回收塑料。每週一次，卡車將這些容器的內容物運到一個小型車間，在那裏，兩名工人從中挑選出PET瓶（如汽水瓶、啤酒瓶），這些瓶子將被送往生產包裝帶的企業。其餘的廢料則被送入爐中——以轉化為石油。維亞切斯拉夫表示，沒有哪種塑料不適合這種處理方法，因此網格中可以扔蛋糕包裝和食用油瓶等廢棄物。

該裝置以柴油為樣本。維亞切斯拉夫將他的“石油提煉”視為一種愛好和實驗（他不願談論他的主營業務），但他也不掩飾自己的商業興趣——一旦找到合適的“配方”，他計劃將裝置連同配方一起出售。儘管目前的石油價格和設備成本讓人對這一想法的前景感到懷疑，但企業家談論他“油田”時的熱情讓人心生好感。此外，每週有幾噸原本可能被填埋的垃圾得到了回收處理——這也不失為一種良好的嘗試。

估計，在不久的將來，正所謂英雄惜英雄，估計西伯利亞和葉卡捷琳堡之間，必然會因此產生奇妙的互動。而不可回收塑料最終是填埋處理，還是將其轉化成更為廉價的燃油？必然是，後者的處理方式為遙遙領先了，或者叫做革命性替代。這或許可能會觸及到國家戰略方面，因此，非常值得期待和持續關注。