Hvordan flashopvarmning af plastaffald kunne producere grønt brint og grafen

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

How Flash Heating Plastic Waste Could Produce Green Hydrogen and Graphene PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Brint kunne være et grønt brændstof for fremtiden, men på nuværende tidspunkt er det hovedsageligt lavet af fossile brændstoffer i en proces, der genererer meget CO2. En ny teknik genererer imidlertid brintgas fra plastaffald uden direkte kulstofemissioner, samtidig med at det skaber værdifuldt grafen som et biprodukt.

Batterier er i øjeblikket den førende tilgang til dekarbonisering af transport, men at bruge brint som brændstof har stadig betydelige fordele. Den har en markant højere energitæthed, hvilket kan give brintdrevne køretøjer større rækkevidde, og tankning med brint er meget hurtigere end at genoplade et batteri. Det er også et lovende brændstof til tunge industrier som stålfremstilling som ikke let kan elektrificeres og kan være nyttig til langsigtet energilagring.

Hydrogens grønne legitimationsoplysninger afhænger dog stærkt af, hvordan det er produceret. At bruge elektricitet til at opdele vand til brint og ilt kan være bæredygtigt, hvis det drives af vedvarende energi. Men processen er i øjeblikket meget dyr, og det meste brint i dag fremstilles i stedet ved at reagere metan fra fossile brændstoffer med damp, hvilket producerer betydelige mængder CO2 som et biprodukt.

En lovende ny proces udviklet af forskere ved Rice University genererer brint fra plastaffald uden direkte at udlede CO2. Det skal selvfølgelig også være drevet af vedvarende energi. Men udover at give brint producerer processen også grafen af kommerciel kvalitet som et biprodukt, som kan sælges for at betale for brintproduktionen.

"Vi omdannede plastaffald - inklusive blandet plastaffald, der ikke skal sorteres efter type eller vaskes - til højtydende brintgas og højværdigrafen," Kevin Wyss, der ledede forskningen, mens han lavede sin ph.d.-grad på Rice, sagde i en pressemeddelelse. "Hvis den producerede grafen sælges til kun 5 procent af den nuværende markedsværdi - 95 procent rabat - kan rent brint produceres gratis."

Den nye proces bygger på en teknik kendt som flash joule-opvarmning, som blev udviklet i laboratoriet af risprofessor James Tour. Det går ud på at slibe plastik til stykker på størrelse med konfetti, blande det med et ledende materiale, placere det i et rør og derefter føre en meget høj spænding igennem det. Dette opvarmer blandingen til omkring 5,000 grader Fahrenheit på kun 4 sekunder, hvilket får kulstofatomerne i plastikken til at smelte sammen til grafen og frigive en blanding af flygtige gasser.

Laboratoriet fokuserede oprindeligt på at bruge teknikken til at omdanne affaldsplastik til grafen, og Tour grundlagde en startup kaldet Universal Matter for at kommercialisere processen. Men efter at have analyseret sammensætningen af dampbiprodukterne, indså holdet, at de indeholdt en betydelig mængde brintgas med en renhed så høj som 94 procent. Resultaterne blev offentliggjort i en nylig papir ind Advanced Materials.

Ved at låse al plastikkens kulstof inde i grafen producerer fremgangsmåden brint uden at frigive CO2. Og økonomien er meget attraktiv sammenlignet med andre metoder til fremstilling af grøn brint - råvaren er et affaldsprodukt, og at sælge grafenen for selv en brøkdel af den nuværende markedspris betyder i det væsentlige, at brinten produceres gratis.

At få processen til at fungere i industriel skala vil uundgåeligt være udfordrende, Upul Wijayantha ved Cranfield University i Storbritannien, fortalt New Scientist. "Vi ved ikke, ud over laboratorieskalaen, hvilken slags udfordringer de vil støde på, når de håndterer en massiv skala af plastik, gasblandinger og biprodukter som grafen," siger han.

Ikke desto mindre er Tour optimistisk med hensyn til, at tilgangen kan kommercialiseres relativt hurtigt. "Du kunne have en implementering i mindre skala til at generere brint inden for fem år," fortalte han New Scientist. "Du kunne have en storstilet implementering inden for 10."

Hvis han har ret, kan den nye teknik slå to fluer med ét smæk – hjælpe med at tackle plastikaffald og producere grønne brændstoffer på én gang.

Billede Credit: Lagdelte stakke af flashgrafen dannet af plastikaffald. (Kevin Wyss/Tour lab)