Πώς τα πλαστικά απόβλητα θέρμανσης με φλας θα μπορούσαν να παράγουν πράσινο υδρογόνο και γραφένιο

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

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

Το υδρογόνο θα μπορούσε να είναι ένα πράσινο καύσιμο του μέλλοντος, αλλά προς το παρόν κατασκευάζεται κυρίως από ορυκτά καύσιμα σε μια διαδικασία που παράγει πολύ CO2. Μια νέα τεχνική, ωστόσο, παράγει αέριο υδρογόνο από πλαστικά απόβλητα χωρίς άμεσες εκπομπές άνθρακα, ενώ δημιουργεί πολύτιμο γραφένιο ως υποπροϊόν.

Οι μπαταρίες είναι επί του παρόντος η κορυφαία προσέγγιση για την απαλλαγή από τις ανθρακούχες μεταφορές, αλλά η χρήση υδρογόνου ως καύσιμο εξακολουθεί να έχει σημαντικά πλεονεκτήματα. Έχει σημαντικά υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, η οποία θα μπορούσε να δώσει στα οχήματα που κινούνται με υδρογόνο μεγαλύτερη αυτονομία και ο ανεφοδιασμός με υδρογόνο είναι πολύ πιο γρήγορος από την επαναφόρτιση μιας μπαταρίας. Είναι επίσης ένα πολλά υποσχόμενο καύσιμο για βαριές βιομηχανίες όπως η χαλυβουργία που δεν μπορεί να ηλεκτροδοτηθεί εύκολα και θα μπορούσε να είναι χρήσιμο για μακροπρόθεσμη αποθήκευση ενέργειας.

Ωστόσο, τα πράσινα διαπιστευτήρια του υδρογόνου εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τον τρόπο παραγωγής του. Η χρήση ηλεκτρικής ενέργειας για τη διαίρεση του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο μπορεί να είναι βιώσιμη εάν τροφοδοτείται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Αλλά η διαδικασία είναι επί του παρόντος πολύ δαπανηρή, και το μεγαλύτερο μέρος του υδρογόνου σήμερα παράγεται αντ' αυτού με αντίδραση μεθανίου από ορυκτά καύσιμα με ατμό, παράγοντας σημαντικές ποσότητες CO2 ως υποπροϊόν.

Μια πολλά υποσχόμενη νέα διαδικασία που αναπτύχθηκε από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Rice παράγει υδρογόνο από πλαστικά απόβλητα χωρίς να εκπέμπει απευθείας CO2. Φυσικά, θα πρέπει επίσης να τροφοδοτείται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Αλλά εκτός από την απόδοση υδρογόνου, η διαδικασία παράγει επίσης γραφένιο εμπορικής ποιότητας ως υποπροϊόν, το οποίο μπορεί να πωληθεί για να πληρώσει για την παραγωγή υδρογόνου.

«Μετατρέψαμε τα απορρίμματα πλαστικών - συμπεριλαμβανομένων των μικτών απορριμμάτων πλαστικών που δεν χρειάζεται να ταξινομηθούν ανά τύπο ή να πλυθούν - σε αέριο υδρογόνο υψηλής απόδοσης και γραφένιο υψηλής αξίας», ο Kevin Wyss, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας ενώ έκανε το διδακτορικό του στο Rice. δήλωσε σε δελτίο Τύπου. «Εάν το παραγόμενο γραφένιο πωλείται μόνο στο 5 τοις εκατό της τρέχουσας αγοραίας αξίας - με έκπτωση 95 τοις εκατό - καθαρό υδρογόνο θα μπορούσε να παραχθεί δωρεάν».

Η νέα διαδικασία βασίζεται σε μια τεχνική γνωστή ως flash joule heating, η οποία αναπτύχθηκε στο εργαστήριο του καθηγητή Rice James Tour. Περιλαμβάνει το τρίψιμο του πλαστικού σε κομμάτια μεγέθους κομφετί, την ανάμειξή του με ένα αγώγιμο υλικό, την τοποθέτησή του σε ένα σωλήνα και στη συνέχεια τη διέλευση μιας πολύ υψηλής τάσης μέσω αυτού. Αυτό θερμαίνει το μείγμα σε περίπου 5,000 βαθμούς Φαρενάιτ σε μόλις 4 δευτερόλεπτα, προκαλώντας τη σύντηξη των ατόμων άνθρακα στο πλαστικό σε γραφένιο και την απελευθέρωση ενός μείγματος πτητικών αερίων.

Το εργαστήριο αρχικά επικεντρώθηκε στη χρήση της τεχνικής για τη μετατροπή των απορριμμάτων πλαστικού σε γραφένιο και ο Tour ίδρυσε μια startup που ονομάζεται Universal Matter για να εμπορευματοποιήσει τη διαδικασία. Αλλά μετά την ανάλυση της σύνθεσης των υποπροϊόντων ατμού, η ομάδα συνειδητοποίησε ότι περιείχαν σημαντική ποσότητα αερίου υδρογόνου με καθαρότητα έως και 94 τοις εκατό. Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν σε πρόσφατη χαρτί σε Προηγμένων Υλικών.

Κλειδώνοντας όλο τον άνθρακα του πλαστικού στο γραφένιο, η προσέγγιση παράγει υδρογόνο χωρίς να απελευθερώνει CO2. Και τα οικονομικά είναι πολύ ελκυστικά σε σύγκριση με άλλες μεθόδους παραγωγής πράσινου υδρογόνου - η πρώτη ύλη είναι ένα απόβλητο προϊόν και η πώληση του γραφενίου ακόμη και για ένα κλάσμα της τρέχουσας τιμής της αγοράς σημαίνει ουσιαστικά ότι το υδρογόνο παράγεται δωρεάν.

Η εφαρμογή της διαδικασίας σε βιομηχανική κλίμακα θα είναι αναπόφευκτα δύσκολη, Upul Wijayantha στο Πανεπιστήμιο Cranfield στο Ηνωμένο Βασίλειο, είπε New Scientist. «Δεν ξέρουμε, πέρα από την εργαστηριακή κλίμακα, τι είδους προκλήσεις θα συναντήσουν όταν χειρίζονται μια τεράστια κλίμακα πλαστικών, μειγμάτων αερίων και υποπροϊόντων, όπως το γραφένιο», λέει.

Ωστόσο, η Tour είναι αισιόδοξη ότι η προσέγγιση θα μπορούσε να εμπορευματοποιηθεί σχετικά γρήγορα. «Θα μπορούσατε να έχετε μια μικρότερης κλίμακας ανάπτυξη για την παραγωγή υδρογόνου σίγουρα μέσα σε πέντε χρόνια», είπε New Scientist. "Θα μπορούσατε να έχετε μια μεγάλης κλίμακας ανάπτυξη εντός 10."

Αν έχει δίκιο, η νέα τεχνική θα μπορούσε να σκοτώσει δύο πουλιά με μια πέτρα - βοηθώντας στην αντιμετώπιση των πλαστικών απορριμμάτων και στην παραγωγή πράσινων καυσίμων ταυτόχρονα.

Image Credit: Πολυεπίπεδες στοίβες flash graphene που σχηματίζονται από πλαστικά απόβλητα. (Kevin Wyss/Εργαστήριο περιήγησης)