Искусственный интеллект и растворители могут улучшить переработку пластика

Автор: Pixabay/CC0 Public Domain

Во всем мире перерабатывается лишь 9% пластика. Из-за неправильного обращения с отходами почти три четверти пластика оказывается на свалках или в окружающей среде.

Как можно сделать переработку пластика более эффективной?

Обзорная статья исследователей из Университета Буффало суммирует последние технологии и методы, основанные на подходах системной инженерии процессов — от химических растворителей, способных растворять определенные виды пластика, до автоматизированной сортировки пластика с помощью искусственного интеллекта.

Статья, опубликованная на обложке журнала Industrial & Engineering Chemistry Research 9 июля, приходит к выводу, что переработка с использованием растворителей является устойчивым и экономически выгодным вариантом, но замена пластика на основе ископаемого топлива биоразлагаемым пластиком остается сложной задачей.

«Необходимы дополнительные исследования и разработки технологий для достижения устойчивости в управлении пластиком», — говорит ведущий автор исследования Аврора дель Кармен Мунгия-Лопес, доктор философии, доцент кафедры химической и биологической инженерии в Школе инженерии и прикладных наук Университета Буффало. «Нам нужны не только комплексные подходы, но и учет их плюсов и минусов на протяжении всего жизненного цикла».

Соавторами статьи стали постдокторант Ксате Санчес-Сарко и аспирант Алан Овусу-Боатенг.

Пластик пока незаменим

Неправильная утилизация пластика приводит к его накоплению как в окружающей среде (по оценкам, в океане находится 150 миллионов тонн пластика), так и в организме человека. Воздействие пластика связывают с раком, респираторными заболеваниями, проблемами с фертильностью и задержками в развитии.

Однако пластик остается неотъемлемой частью современной жизни, используясь в упаковке, электронике, строительстве и текстиле. У него есть и экологические преимущества — от сокращения пищевых отходов до повышения топливной эффективности транспортных средств.

«Полный отказ от пластика в настоящее время невозможен», — говорит Мунгия-Лопес. «Нам нужны альтернативы нынешнему неустойчивому управлению пластиком».

Растворители и ИИ могут предложить решения

Одним из вариантов может стать переработка с использованием растворителей, которая позволяет перерабатывать сложные материалы, недоступные для традиционных методов. Растворители могут растворять полимеры высокой чистоты в потоке пластиковых отходов, отделяя их от нежелательных примесей.

В статье упоминается исследование Университета Висконсин-Мэдисон, в котором участвовала Мунгия-Лопес. Оно показало, что переработка с растворителями оказалась наиболее экономически выгодным вариантом для сложной многослойной пластиковой пленки, используемой в упаковке кофейных зерен.

Хотя такой метод переработки имеет относительно низкие выбросы парниковых газов, вариации процесса могут значительно их увеличить. Исследования показывают, что для переформирования растворенных полимеров лучше использовать охлаждение, а не нагрев, который приводит к большим выбросам.

«В любом случае переработка с растворителями дает больше выбросов, чем традиционная, поэтому оптимальный подход — комбинировать оба метода», — отмечает Мунгия-Лопес.

В статье также рассматривается роль ИИ и машинного обучения в управлении пластиковыми отходами. Например, модель сортировки PlasticNet, разработанная исследователями из Университета Висконсин-Мэдисон, достигла точности классификации более 87%, а в некоторых случаях — 100%. Другие команды использовали ИИ для анализа технологий переработки, создавая модели обработки естественного языка для извлечения данных из научной литературы.

«Модели ИИ также понадобятся для решения задач на уровне цепочек поставок, таких как оптимизация транспортировки, координация участников и оценка различных сценариев политики», — говорит Мунгия-Лопес.

Можно ли перейти на биоразлагаемый пластик?

Перспективы биоразлагаемого пластика, который производится из сельскохозяйственных культур (например, сахарного тростника и кукурузы) и может утилизироваться через компостирование, пока неясны.

Хотя такой пластик дает меньше выбросов, он требует больших объемов воды и земли, конкурируя с производством продуктов питания. Его внедрение также потребует строительства большего числа компостирующих предприятий и обучения населения раздельному сбору.

«Мы не можем одобрить биоразлагаемый пластик, пока не оценим влияние всего его жизненного цикла — от добычи сырья и производства до утилизации и сортировки», — подчеркивает Мунгия-Лопес. «Будущие исследования в области управления пластиком должны включать системный анализ этой многоуровневой проблемы».

Дополнительная информация: Aurora del Carmen Munguía-López et al, Process Systems Engineering Approaches for Sustainable Plastics Management, Industrial & Engineering Chemistry Research (2025). DOI: 10.1021/acs.iecr.5c00658

Источник: University at Buffalo