Comment les déchets plastiques chauffés par flash pourraient produire de l’hydrogène vert et du graphène

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Comment le chauffage instantané des déchets plastiques pourrait produire de l'hydrogène vert et du graphène PlatoBlockchain Data Intelligence. Recherche verticale. Aï.

L'hydrogène pourrait être un carburant vert du futur, mais à l'heure actuelle, il est principalement fabriqué à partir de combustibles fossiles selon un processus qui génère beaucoup de CO2. Cependant, une nouvelle technique génère de l’hydrogène gazeux à partir de déchets plastiques sans émissions directes de carbone, tout en créant du graphène précieux comme sous-produit.

Les batteries constituent actuellement la principale approche pour décarboner les transports, mais l’utilisation de l’hydrogène comme carburant présente encore des avantages considérables. Sa densité énergétique est nettement plus élevée, ce qui pourrait donner aux véhicules à hydrogène une plus grande autonomie, et le ravitaillement en hydrogène est beaucoup plus rapide que la recharge d’une batterie. C'est aussi un carburant prometteur pour les industries lourdes comme la sidérurgie qui ne peut pas être facilement électrifié et pourrait être utile pour le stockage d'énergie à long terme.

Les qualités écologiques de l’hydrogène dépendent cependant fortement de la manière dont il est produit. L’utilisation de l’électricité pour diviser l’eau en hydrogène et oxygène peut être durable si elle est alimentée par des énergies renouvelables. Mais le processus est actuellement très coûteux, et la majeure partie de l’hydrogène est aujourd’hui produite en faisant réagir du méthane provenant de combustibles fossiles avec de la vapeur, produisant des quantités considérables de CO2 comme sous-produit.

Un nouveau procédé prometteur développé par des chercheurs de l'Université Rice génère de l'hydrogène à partir de déchets plastiques sans émettre directement de CO2. Bien entendu, il faudrait également qu’il soit alimenté par des énergies renouvelables. Mais en plus de produire de l’hydrogène, le processus produit également du graphène de qualité commerciale comme sous-produit, qui peut être vendu pour payer la production d’hydrogène.

"Nous avons converti les déchets plastiques, y compris les déchets plastiques mélangés qui n'ont pas besoin d'être triés par type ou lavés, en hydrogène gazeux à haut rendement et en graphène de grande valeur", Kevin Wyss, qui a dirigé la recherche alors qu'il faisait son doctorat à Rice, a déclaré dans un communiqué de presse. « Si le graphène produit est vendu à seulement 5 % de sa valeur marchande actuelle, soit une réduction de 95 %, de l'hydrogène propre pourrait être produit gratuitement. »

Le nouveau procédé repose sur une technique connue sous le nom de chauffage flash joule, qui a été développée dans le laboratoire du professeur James Tour de Rice. Il s'agit de broyer du plastique en morceaux de la taille d'un confetti, de le mélanger avec un matériau conducteur, de le placer dans un tube, puis de faire passer une très haute tension à travers celui-ci. Cela chauffe le mélange à environ 5,000 4 degrés Fahrenheit en seulement XNUMX secondes, provoquant la fusion des atomes de carbone du plastique en graphène et libérant un mélange de gaz volatils.

Le laboratoire s'est initialement concentré sur l'utilisation de la technique pour transformer les déchets plastiques en graphène, et Tour a fondé une startup appelée Universal Matter pour commercialiser le processus. Mais après avoir analysé la composition des sous-produits de vapeur, l’équipe a réalisé qu’ils contenaient une quantité importante d’hydrogène gazeux d’une pureté pouvant atteindre 94 %. Les résultats ont été publiés dans un récent papier dans Matériaux avancés.

En enfermant tout le carbone du plastique dans le graphène, cette approche produit de l'hydrogène sans rejeter de CO2. Et les aspects économiques sont très attractifs par rapport à d’autres méthodes de production d’hydrogène vert : la matière première est un déchet, et vendre le graphène, même pour une fraction du prix actuel du marché, signifie essentiellement que l’hydrogène est produit gratuitement.

Faire fonctionner le processus à l'échelle industrielle sera inévitablement un défi, Upul Wijayantha de l'Université de Cranfield au Royaume-Uni, dit New Scientist. « Nous ne savons pas, au-delà de l'échelle du laboratoire, à quels types de défis ils seront confrontés lorsqu'ils manipuleront une grande quantité de plastiques, de mélanges gazeux et de sous-produits, comme le graphène », dit-il.

Néanmoins, Tour est optimiste quant au fait que cette approche pourrait être commercialisée relativement rapidement. « Vous pourriez certainement avoir un déploiement à plus petite échelle pour produire de l’hydrogène d’ici cinq ans », a-t-il déclaré. New Scientist. "Vous pourriez avoir un déploiement à grande échelle d'ici 10."

S'il a raison, la nouvelle technique pourrait faire d'une pierre deux coups : aider à lutter contre les déchets plastiques et produire des carburants verts d'un seul coup.

Crédit image: Empilements en couches de graphène flash formés à partir de déchets plastiques. (Kevin Wyss/Laboratoire de tournée)