Дослідники з Технічного університету Берліна (TU Berlin) представили хімічний процес, який дає змогу майже повністю відновлювати сировину з відходів силікону. За даними Interesting Engineering, новий каталізатор повертає до 99% диметилдихлорсилану з окремих силіконових виробів при температурі всього 80 °C (176 °F).
Чому силікон вважають «безсмертним»
Побутові речі на кшталт силіконових лопаток, форм для кексів, ущільнювачів у термогорнятках чи дитячих пустушок мають спільну проблему: вони майже не руйнуються. Силікони стійкі до нагрівання, води та хімічного розкладу, тому більшість відходів потрапляє на полігони або в сміттєспалювальні заводи.
Виробництво нового силікону з нуля теж дуже енергоємне. Спершу з кварцового піску в електродугових печах при екстремальних температурах добувають елементарний кремній. Потім з нього утворюють полімери з міцними зв’язками кремній–кисень, які поводяться як «молекулярний суперклей» і майже не піддаються руйнуванню.
Каталітичний прорив від команди Мартіна Естрейха
Група під керівництвом професора Мартіна Естрейха (Martin Oestreich) багато років вивчала silylium-іони — позитивно заряджені іони кремнію. Лише останніми роками вчені побачили, що ці частинки можна використати для переробки хімічно інертних силіконових (силоксанових) матеріалів у замкненому циклі.
У новій роботі описано стратегію деполімеризації, ініційовану silylium-іонами. У присутності твердого реагенту трифосгену silylium-іон відщеплює хлорид-іон і утворює надреакційну частинку — хлорокарбоніл-катіон (COCl+). Цей «молекулярний ніж» розрізає ланцюг кремній–кисень.
Коли зв’язки розриваються, кисень вивільняється у вигляді вуглекислого газу (CO2). Це запобігає зворотному перебігу реакції та сприяє повному розкладу полімерного ланцюга до вихідного будівельного блока — диметилдихлорсилану.
Увесь процес відбувається при відносно низькій температурі 80 °C, що потребує набагато менше енергії, ніж первинне виробництво силікону з кварцового піску.
Результати: до 99% відновленої сировини
Метод протестували на реальних виробах — формах для кексів, кришках та інших силіконових предметах. За помірних умов при 80 °C протягом 24 годин вдалося повернути до 99% диметилдихлорсилану з окремих виробів.
Навіть у разі змішаного потоку різнорідних силіконових відходів процес зберіг високу ефективність: 86% відновлення цінної сполуки. Це означає, що навіть складні суміші відходів можуть стати джерелом майже повноцінної сировини.
Порівняння з наявними методами та ринок силікону
Зазвичай переробка силікону обмежується механічним подрібненням або хімічним розкладом до невеликих циклічних силоксанів. Такі сполуки можна знову полімеризувати, але отриманий матеріал зазвичай поступається за якістю «первинному» силікону.
Новий підхід повертає саме вихідний, високоцінний мономер — диметилдихлорсилан. Це відкриває шлях до справжньої кругової переробки, коли з відходів отримують індустріальний інгредієнт, придатний для виробництва силікону без втрати властивостей.
Потреба в такому рішенні зростає разом із ринком. Обсяг світового ринку силіконових продуктів оцінювався приблизно у 19,55 млрд доларів США у 2025 році й може досягти близько 37,70 млрд доларів або більше до 2035 року. Відповідно, зростає і кількість відходів, які нині майже не піддаються ефективній переробці.
Наступні кроки та комерційні перспективи
На розробку вже подано патент, а команда TU Berlin переходить до завдань масштабування. Дослідники шукають нетоксичні альтернативи фосгену, зокрема для заміни трифосгену, а також проєктують стадії очищення, щоб видаляти сліди домішок із відновленого диметилдихлорсилану.
Автори підкреслюють, що успіх став результатом багаторічних фундаментальних досліджень silylium-іонів, які несподівано знайшли застосування в галузі переробки відходів. Результати роботи опубліковано в журналі Nature 28 жовтня, а сама технологія може стати важливим кроком до зменшення «безсмертних» силіконових відходів у майбутньому.