Силикон больше не вечен: учёные нашли способ превратить 99% его в исходное сырьё

Химики Берлинского технического университета разработали каталитический процесс, который разлагает силиконовые отходы до их базового «строительного блока» — диметилдихлорсилана. Из этого вещества можно вновь получить силикон. Результаты исследования опубликовал журнал Nature, причем в ускоренном режиме Fast Track.

Метод уже проверили на обычных бытовых предметах: силиконовых формах для кексов, сосках для детских бутылочек и крышках. Из отдельных изделий удалось извлечь до 99 % сырья, а из смешанных отходов — 86 %, пишет Interesting Engineering. Работу возглавил профессор Мартин Эстрайх, теоретическую часть выполнила группа Штефана Гримме из Боннского университета.

Почему силикон «бессмертен»

Силиконы ценятся за устойчивость к высоким температурам, воде и химическим веществам. При этом они не пропускают воду, но пропускают кислород, поэтому их используют повсеместно: от кухонной утвари и уплотнителей до медицинских трубок. Но именно эта устойчивость делает переработку чрезвычайно сложной.

В то же время производство силикона с нуля требует огромного количества энергии. Сначала из кварцевого песка при температуре около 2000 °C получают чистый кремний, а затем преобразуют его в хлорсиланы. Более 70 % углеродного следа силиконов приходится именно на добычу и первичную химическую обработку сырья, отмечает Британский институт материалов, минералов и горного дела.

Химические «ножницы» для кремния

Основу силиконовых полимеров составляют цепочки из атомов кремния и кислорода, а связи между ними очень прочные. Чтобы разорвать их, берлинские химики использовали силилиевый ион — соединение с положительно заряженным атомом кремния — — и трифосген. Силилиевый ион «отрывает» от фосгена ион хлора, и образуется чрезвычайно реакционноспособная частица COCl+, которая и разрывает связь кремний–кислород. Кислород при этом сразу выходит в виде углекислого газа, поэтому реакция не может пойти в обратную сторону.

Процесс протекает при умеренной температуре 80 °C и длится 24 часа. Для сравнения: первичное производство кремния требует температур, в 25 раз превышающих эту. Результат, полученный со смешанными отходами, особенно важен: несортированное сырьё — головная боль переработчиков обычных пластиков. Именно поэтому химики, например, уже создают катализатор для несортированного пластика.

Не первая попытка, но другая цель

Химическая переработка полимеров обратно в сырьё — одна из самых актуальных тем современной химии. Учёные ищут способы не просто измельчать отходы, а разлагать их на молекулы, и китайские исследователи, например, превращают пластик в реактивное топливо.

Превратить силикон в хлорсиланы уже пытались. В апреле 2025 года французские химики из CNRS совместно с производителем силиконов Elkem описали в журнале Science метод на основе галлиевого катализатора и трихлорида бора. При температуре 40 °C он даёт почти количественный выход метилхлорсиланов из любых силиконовых отходов, сообщал CNRS.

Берлинская команда подчеркивает другое: чтобы из старого силикона одного типа можно было изготовить новый силикон с другими свойствами, на выходе нужен именно диметилдихлорсилан. Это основное сырьё силиконовой промышленности, и новый метод рассчитан именно на него.

Фосген, патент и регулирующие органы

Слабое место метода — фосген, известный ядовитый газ. Исследователи использовали более безопасный твёрдый трифосген, который выделяет фосген только во время реакции. Эстрайх напоминает, что фосген и так широко используются в химической промышленности, в частности для производства полиуретанов. Однако группа уже ищет ему замену и разрабатывает способы очистки полученного диметилдихлорсилана даже от мельчайших остатков фосгена. Метод заявлен на патентирование.

Помимо химии, остается вопрос логистики. Одной из ключевых проблем при переработке силикона по-прежнему остаются сбор и сортировка отходов, признают в Elkem. Между тем рынок растёт: по данным TU Berlin, в 2025 году его объём превысил 21 млрд евро, а к 2033 году может достичь более 33 млрд.

Давление усиливается и со стороны регулирующих органов. В Берлине отмечают, что появляется всё больше признаков вреда, наносимого силиконами на свалках окружающей среде и здоровью. А в ЕС с 6 июня 2026 года циклические силоксаны D4, D5 и D6, которые накапливаются в окружающей среде, ограничили до 0,1 % в большинстве потребительских товаров.

Источник: Берлинский технический университет