В мире, утопающем в пластиковых отходах, четыре студента-инженера из университета Дубая нашли способ превратить одну из самых серьезных экологических проблем планеты в практичное мелкомасштабное решение, которое можно было бы использовать в аудиториях и лабораториях по всей территории ОАЭ.
Студенты успешно превратили использованные бутылки из-под воды в нить, пригодную для 3D-печати, предлагая экологичные решения.
Инициаторами проекта выступили студенты-механики Рим Али, Шрия Виджай, Вишну Шиджу и Мухаммед Шарфуддин из Рочестерского технологического института (RIT) в Дубае. Их работой руководил доктор Ваэль А. Самад, заведующий кафедрой машиностроения и промышленной инженерии.
Эта инициатива стала частью дипломной работы команды и была основана на предыдущих исследованиях университета, посвященных устойчивому развитию, в том числе на гранте DEWA Al Baheth, предоставленном RIT Dubai в 2023-24 годах для инноваций в области 3D-печати.
От отходов к чему-то ценному
В интервью Khaleej Times гражданин Египта Рим Али, студент-химик-технолог, который сейчас проходит стажировку в отделе 3D-печати научно-исследовательского центра DEWA, рассказал, как возникла эта идея.
“Мы были командой из четырех человек. В RIT Dubai мы задались вопросом: что, если бы мы могли превратить эти отходы во что-то ценное? Вместо того, чтобы выбрасывать бутылки после одноразового использования, мы решили превратить их в высококачественную нить для 3D-печати. Наша цель? Сократить количество пластиковых отходов, одновременно создав экономичную и устойчивую альтернативу коммерческим волокнам, таким как PLA и PETG”, – сказала она.
В 2024 году команда уже экспериментировала с переработкой других пластиковых отходов, успешно производя нити накала, которые можно было бы снова использовать для 3D-печати. Но когда их преподаватель предложил переключить внимание именно на ПЭТ-бутылки для воды, студенты поняли, что могут разработать достаточно простой процесс, который можно будет повторить в “школах, университетах и других небольших учреждениях”.
“Раньше такого не было”, – отметил Рим. “Нашей целью было разработать процесс переработки пластиковых бутылок в нити для 3D-печати таким образом, чтобы его можно было воспроизвести в других академических лабораториях, используя только настольные станки”.
Сбор мусора в кампусе
Команда собрала 500 бутылок объемом 1,5 литра и 500 мл по всему кампусу, включая свои собственные и собранные друзьями. Каждая бутылка была вымыта, высушена, очищена от крышек, этикеток и колец, а затем измельчена на мелкие кусочки.
Рим подробно рассказала нам о процессе, поскольку она и члены ее команды потратили восемь месяцев на разработку идеи и ее воплощение в жизнь.
“Мы высушили хлопья, чтобы полностью удалить влагу”, – сказала она. “В основном нам нужно было обезвоживать их, чтобы избежать термического разложения, которое могло произойти, когда мы подвергали их воздействию тепла… После того, как мы поставили его в духовку на пять часов при температуре 150-160 градусов, мы взяли кусочки и поместили их в наш филаментный экструдер.”
Затем машина нагревала и перемешивала хлопья, после чего выдавала непрерывную нить. Команда установила стандартный диаметр для настольных 3D-принтеров FDM (Fused Deposition Modeling) – 1,75 мм, а затем намотала готовую нить на катушку.
“Двенадцать пластиковых бутылок объемом 1,5 литра были переработаны в 200 г хлопьев, из которых получилось 30 м рулона”, – пояснил Рим. “С помощью 3D-печати вы можете печатать все, что захотите. Для будущей работы нам нужно провести дополнительные исследования, чтобы усовершенствовать технологию для лучшего применения”.
Непосредственное решение инженерных задач
Доктор Самад подчеркнул, что для реализации проекта требовалось разобраться в сложностях работы с ПЭТ – материалом, широко используемым для упаковки напитков, но, как известно, сложным в обработке.
“Переработка ПЭТ – это далеко не простая задача, поскольку она имеет специфические характеристики, которые создают очень узкие рамки для обработки”, – отметил он. “Несмотря на эти технические трудности, команда оптимизировала параметры обработки и печати и сравнила переработанный ПЭТ с коммерчески доступными волокнами, представленными на рынке”.
Полученные результаты легли в основу исследовательской работы под названием “Устойчивое производство нитей накала: переработка пластиковых бутылок с водой в высококачественные нити для 3D-печати”, которая в настоящее время готовится к публикации.
“Переработанные ПЭТ-нити действительно имеют свои преимущества по сравнению с коммерческими, но они также обладают уникальными преимуществами”, – добавил доктор Самад. “Этот проект продемонстрировал, что детали, напечатанные на 3D-принтере из переработанного ПЭТ, обладают свойствами, которые делают их многообещающим выбором для применений, где экологичность является приоритетом, особенно для создания прототипов и применения с низкими нагрузками”.
Маленький шаг национального значения
Учитывая, что ежегодно в мире используется около 500 миллиардов пластиковых бутылок — более миллиона в минуту — работа студентов представляет собой небольшой, но значимый вклад в борьбу с загрязнением окружающей среды пластиком. На местном уровне это отражает более широкие амбиции ОАЭ в области устойчивого развития, включая Экологическую повестку ОАЭ на период до 2030 года.
Для доктора Самада истинная ценность проекта заключается не только в его научных результатах, но и в том мировоззрении, которое он формирует.
“Что я нахожу самым захватывающим, так это то, что наши студенты используют строгие инженерные методы для преобразования отходов в возможности”, – сказал он. “Подобные проекты не только готовят их к решению глобальных задач, но и тесно связаны со стремлением ОАЭ к устойчивому развитию и инновациям”.