Силікон більше не вічний: вчені знайшли, як повернути 99% його у вихідну сировину

Хіміки Технічного університету Берліна розробили каталітичний процес, який розбирає силіконові відходи до їхнього базового «будівельного блока» — диметилдихлорсилану. Із цієї речовини силікон можна виробити заново. Результати дослідження опублікував журнал Nature, причому в прискореному режимі Fast Track.

Метод уже перевірили на звичайних побутових речах: силіконових формах для кексів, сосках для дитячих пляшечок і кришках. З окремих виробів вдалося повернути до 99% сировини, а зі змішаних відходів — 86%, пише Interesting Engineering. Роботу очолив професор Мартін Естрайх, теоретичну частину виконала група Штефана Грімме з Боннського університету.

Чому силікон «безсмертний»

Силікони цінують за стійкість до високих температур, води та хімічних речовин. Вони водночас не пропускають воду, але пропускають кисень, тому їх використовують скрізь: від кухонного приладдя й ущільнювачів до медичних трубок. Але ця сама стійкість робить переробку надзвичайно складною.

Водночас виробництво силікону з нуля потребує величезної кількості енергії. Спочатку з кварцового піску за температури близько 2000 °C отримують чистий кремній, а потім перетворюють його на хлорсилани. Понад 70% вуглецевого сліду силіконів припадає саме на видобування й первинну хімічну обробку сировини, зазначає Британський Інститут матеріалів, мінералів і гірництва.

Хімічні «ножиці» для кремнію

Основу силіконових полімерів складають ланцюжки з атомів кремнію та кисню, а зв’язки між ними дуже міцні. Щоб розрізати їх, берлінські хіміки використали силілієвий іон — сполуку з позитивно зарядженим атомом кремнію — і трифосген. Силілієвий іон «відриває» від фосгену іон хлору, і утворюється надзвичайно реакційна частинка COCl+, яка й розриває зв’язок кремній–кисень. Кисень при цьому одразу виходить у вигляді вуглекислого газу, тож реакція не може піти у зворотний бік.

Процес відбувається за помірних 80 °C і триває 24 години. Для порівняння, первинне виробництво кремнію потребує температур, у 25 разів вищих. Результат зі змішаними відходами особливо важливий: несортована сировина — головний біль переробників і звичайних пластиків. Саме тому хіміки, наприклад, уже створюють каталізатор для несортованого пластику.

Не перша спроба, але інша мета

Хімічна переробка полімерів назад у сировину — одна з найактивніших тем сучасної хімії. Науковці шукають способи не просто подрібнювати відходи, а розбирати їх на молекули, і китайські дослідники, наприклад, перетворюють пластик на реактивне паливо.

Повернути силікон до хлорсиланів уже пробували. У квітні 2025 року французькі хіміки з CNRS разом із виробником силіконів Elkem описали в журналі Science метод на основі галієвого каталізатора й трихлориду бору. За температури 40 °C він дає майже кількісний вихід метилхлорсиланів з будь-яких силіконових відходів, повідомляв CNRS.

Берлінська команда наголошує на іншому: щоб зі старого силікону одного типу можна було виготовити новий силікон з іншими властивостями, на виході потрібен саме диметилдихлорсилан. Це основна сировина силіконової промисловості, і новий метод розрахований саме на неї.

Фосген, патент і регулятори

Слабке місце методу — фосген, відомий отруйний газ. Дослідники використовували безпечніший твердий трифосген, який виділяє фосген лише під час реакції. Естрайх нагадує, що фосген і так широко застосовують у хімічній промисловості, зокрема для виробництва поліуретанів. Проте група вже шукає йому заміну та розробляє способи очищати отриманий диметилдихлорсилан навіть від найменших залишків фосгену. Метод подано на патентування.

Окрім хімії, лишається логістика. Одним із ключових викликів у переробці силікону лишаються збирання та сортування відходів, визнають в Elkem. Тим часом ринок росте: за даними TU Berlin, 2025 року він перевищив 21 млрд євро, а до 2033-го може сягнути понад 33 млрд.

Тиск посилюється і з боку регуляторів. У Берліні наголошують, що з’являється дедалі більше ознак шкоди від силіконів на звалищах для довкілля та здоров’я. А в ЄС з 6 червня 2026 року циклічні силоксани D4, D5 і D6, які накопичуються в довкіллі, обмежили до 0,1% у більшості споживчих продуктів.

Джерело: Берлінський Технічний Університет