Химики оценили эффективность переработки океанского пластикового мусора на борту корабля
Химики выяснили, что автономная работа кораблей-мусорщиков на топливе из переработанного пластика выгоднее, чем транспортировка пластикового мусора на берег. По данным компьютерного моделирования, с помощью гидротермального сжижения из собранного пластика можно получить почти в шесть раз больше топлива, чем необходимо для работы корабля, пишут ученые в Proceedings of the National Academy of Sciences.
По оценкам ученых, каждый год в океан попадает от 4,8 до 12,7 миллиона тонн пластика, который распределяется по его поверхности и накапливается в толще воды. Масштаб загрязнения океана можно оценить по большому тихоокеанскому мусорному пятну. Точный размер пятна неизвестен, приблизительные оценки площади варьируются от 700 тысяч до полутора миллионов квадратных километров. Это равно примерно половине площади Республики Саха — самого большого региона России.
Современный подход к удалению пластика из открытого океана включает в себя использование корабля и специальных конструкций из боновых заграждений. Собранный пластик хранится на борту, до тех пор, пока корабль не вернется в порт для выгрузки мусора, дозаправки и пополнения запасов. По приблизительным оценкам, для полного удаления пластика из тихоокеанского региона таким методом потребуется от 50 до 130 лет работы, с ежегодными затратами в 36,2 миллиона долларов.
Альтернативой может быть переработка мусора непосредственно на борту корабля. Из пластика можно получать энергию, при этом сокращая потребление углеводородного топлива. Например, с помощью гидротермального сжижения (hydrothermal liquefacton, HTL). При таком подходе пластмассу деполимеризуют при высокой температуре (от 300 до 550 градусов Цельсия) и высоком давлении (от 250 до 300 атмосфер).
Ученые под руководством Майкла Тимко (Michael Timko) из Вустерского политехнического института решили рассчитать, насколько эффективны будут корабли с установками гидротермального сжижения. Авторы работы отмечают, что такой подход будет возможен, только если объем топлива, производимый из пластика, обеспечит процесс сбора мусора и работу двигателей корабля. Также важно, чтобы скорость производства топлива была не ниже скорости сбора пластика, чтобы судно не останавливалось для переработки пластика.
Чтобы оценить эффективность предложенной идеи, ученые с помощью метода Монте-Карло смоделировали ситуации сбора пластика в большом тихоокеанском мусорном пятне кораблем, который работает автономно, преобразуя пластик в топливо. Эффективность переработки пластика ученые оценивали именно для установки гидротермального сжижения, так как выход топлива при таком методе составляет 90 процентов и, в отличие от других методов, выход побочных продуктов, которые необходимо хранить или сжигать, составляет менее пяти процентов.
Результаты моделирования показали, что за один год автономный корабль сможет собрать и переработать 11500 тонн пластика, в местах наибольшей плотности тихоокеанского мусорного пятна. По расчетам, полученного пластика хватит на производство такого количества топлива, которое в 5,8 раз превышает норму, необходимую для поддержания работы корабля. По словам ученых, за счет превращения пластика в топливо уменьшатся заторы в портах и снизится вероятность разлива нефти на берегу. Кроме того, топливо, полученное из пластмассы при сгорании, в отличие от нефтяного, не выделяет диоксид серы, который сильно загрязняет атмосферу.
Авторы работы отмечают, что для воплощения этой модели, необходимо дальнейшее изучение пригодности топлива на основе пластика для существующих систем подачи топлива и двигателей, расчет рисков, таких как разлив топлива в океан и проведение реальных экспериментов.
Недавно мы писали о проекте The Ocean Cleanup, который успешно протестировал новую систему сбора пластика в океане. Для удаления мусора, в проекте использовали U-образное боновое заграждение с сеткой.
Концентрация некоторых из них превышает максимальную для жилых помещений
Концентрация аценафтена, фенантрена, пирена и перфтороктановой кислоты в пыли, собранной внутри МКС, в разы превосходит максимальные значения этих веществ, установленные для жилых помещений в США. В то же время концентрация многих стойких органических загрязнителей укладывалась в безопасный диапазон, но многократно превосходит медианные значения. Такие выводы содержит исследование, опубликованное в журнале Environmental Science & Technology Letters. Космонавты на МКС находятся в замкнутом пространстве, и для обеспечения безопасных условий работы воздух внутри станции должен быть чистым. Но даже при дыхании люди выделяют углекислый газ, аммиак, ацетон, уксусную кислоту и некоторые другие метаболиты. Из-за воздействия на организм ионизирующего излучения, невесомости, шума, вибрации, пониженного и повышенного содержания кислорода в воздухе состав и концентрации таких метаболитов не равноценны тем, что присутствуют в воздухе земных помещений. Кроме того, различные газы в воздушную среду МКС может выделять доставляемое туда оборудование, а также системы корабля, если случается их разгерметизация. Ученые под руководством Стюарта Харрада (Stuart Harrad) из Бирмингемского университета исследовали пыль, собранную из воздушной среды МКС, на присутствие в ней стойких органических загрязнителей — полибромдифениловых эфиров, новых бромсодержащих антипиренов, гексабромциклододеканов, фосфатных эфиров, полихлорированных бифенилов, полифторалкильных соединений и полиароматических углеводородов. Концентрации почти всех стойких органических загрязнителей на МКС укладывались в диапазоны, известные для жилых помещений США. При этом у многих веществ, особенно из групп полибромдифениловых эфиров и полиароматических углеводородов, они превосходили медианные значения для таких помещений на порядки. Например, концентрация полибромдифенилового эфира BDE-99 в пыли на МКС составила 27000 нанограмм на грамм, а ее медианное значение для домашней пыли США — 580 нанограмм на грамм. Концентрации таких полиароматических углеводородов как аценафтен, фенантрен и пирен в разы превосходили не только медианные, но и максимальные значения, установленные для американских домов (930 против 25, 830 против 390 и 1600 против 300 нанограмм на грамм соответственно). Аналогичная ситуация наблюдалась и для перфтороктановой кислоты, концентрация которой в пыли на МКС составила 2600 нанограмм на грамм. Медианное значение концентрации этого вещества в домах США — 140 нанограмм на грамм, максимально известное — 1960 нанограмм на грамм. Авторы отметили, что впервые обнаружили стойкие органические загрязнители во внеземной среде. Их источники невозможно установить доподлинно, но предположительно их высокое содержание может быть связано с огнезащитной обработкой поверхностей, защитой хрупких грузов с помощью пенополиуретановой пены и гидроизоляционной обработкой против грибка. С учетом того, что используемые материалы оказались не слишком устойчивыми во внеземных условиях и в больших количествах попали в воздух обитаемых помещений, исследователи предлагают выбирать другие материалы для упаковки и защитной обработки оборудования. Для токсикологического контроля МКС важно исследовать не только ее внутреннюю воздушную среду, но и состояние внешней обшивки. Ученые выяснили, что космическая пыль, прилипающая к ней, является биохимически активной средой, и обнаружили в ней жизнеспособные микроорганизмы.