一项全新化学工艺可实现无需预先分选，直接将混合塑料转化为氢气燃料。
塑料已经成为现代生活无处不在的材料，被用于水瓶、购物袋以及汽车仪表盘等制品。但塑料一旦被废弃，就属于地球上最难回收的材料之一。绝大多数回收工艺要求先对塑料按品类分选，该步骤既耗费人力又成本高昂。这也是为何仅有 9% 的废弃塑料得到实际回收利用，79% 被填埋，另有 12% 通过焚烧处理，焚烧过程还会释放二氧化碳。
由加州大学洛杉矶分校（UCLA）萨穆利工程学院与韩国梨花女子大学的研究人员联合牵头的团队，现已验证一种全新化学工艺。该工艺可将三种最常见塑料的混合物直接转化为高纯度氢气燃料，反应温度远低于传统气化工艺；同时将二氧化碳以固态矿物形式封存，不会把这种温室气体排放到大气中。
在单一反应器处理 PET、PE、PP 混合废料
该研究发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS），介绍了碱性热处理工艺（ATT）：氢氧化钠在加热条件下与有机物发生反应，产出氢气。该工艺可在同一台反应器内高效处理聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）混合废弃物，无需对塑料进行任何品类分选，产出的氢气纯度超过 90%。
“我们同时在解决两项紧迫的全球性难题，” 论文共同通讯作者、加州大学洛杉矶分校萨穆利工程学院院长、化学与生物分子工程教授朴阿贤（Ah‑Hyung “Alissa” Park）表示，“塑料废弃物正以惊人速度不断累积，而清洁氢气对于能源脱碳至关重要。这项技术以极具创新性、可规模化的方式同时应对上述两大挑战。”
这套碱性热处理（ATT）工艺，脱胎于朴教授与另一共同通讯作者、梨花女子大学化学工程与材料科学教授金宇宰（Woo‑Jae Kim）最初开发的技术，该技术原本用于将海藻等生物质转化为氢气，实现碳中和。在实验室实验中，团队使用改良后的 ATT 工艺将 PET、PE、PP 转化为高纯度氢气。对比传统蒸汽气化，新工艺反应温度低 300‑400 摄氏度，并且从 PET 中制取的氢气产率大幅提升。
与 PET 不同，聚乙烯和聚丙烯初期制氢效果较差；原因是二者分子完全由碳‑氢键构成，在碱性环境下化学性质稳定、不易反应。为激活这两类塑料，研究人员开发了热氧化预处理：塑料先置于空气中经受短时温和加热。该步骤会在高分子链上引入含氧官能团，生成可被碱性热处理作用的反应位点。
塑料高效分解
完成活化之后，三类塑料均可实现高效分解。反应过程释放的碳会被氢氧化钠捕获，转化为固态碳酸钠，而非以二氧化碳形式排入大气。反应后分析数据显示，塑料原有碳元素中 75% 以上转化为稳定碳酸盐或者液态有机残渣，仅有不到 13% 以气体形态存在；反应过程直接向大气排放的碳几乎可以忽略不计。碳酸钠还可以通过简易回收工艺转化为碳酸钙，将碳永久固化在矿物中；碳酸钙广泛应用于传统高碳排放行业。
过去将废塑料转化氢气的低温技术，例如光驱动光重整、电化学转化，仅适用于 PET 这类含氧塑料；对于废弃物中占比很高的聚乙烯、聚丙烯则无法处理。高温气化工艺虽可以处理未分选混合塑料，但会释放大量二氧化碳。ATT 工艺是该团队自研技术中，首次同时攻克以上三项局限的方案。
“分选成本高、工艺复杂，一直是商业化落地的主要阻碍。这项技术有望成为同时支撑氢经济与循环经济的下一代核心技术。” 金宇宰表示。
后续研究方向
研究人员表示，想要实现规模化应用，还需要进一步优化整套工艺，并评估项目的经济可行性。
本研究由韩国国家研究基金会资助。其他作者包括梨花女子大学的朴智恩、徐惠琳、李智源；韩国航空大学的金贤雅；江原大学的林亨奎；西江大学的郑元浩。
