Come il riscaldamento rapido dei rifiuti di plastica potrebbe produrre idrogeno verde e grafene

Ripubblicato da Platone

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L'idrogeno potrebbe esserlo un carburante verde del futuro, ma attualmente è costituito principalmente da combustibili fossili in un processo che genera molta CO2. Una nuova tecnica, tuttavia, genera gas idrogeno dai rifiuti di plastica senza emissioni dirette di carbonio, creando al contempo prezioso grafene come sottoprodotto.

Le batterie rappresentano attualmente l’approccio principale alla decarbonizzazione dei trasporti, ma l’utilizzo dell’idrogeno come carburante presenta ancora notevoli vantaggi. Ha una densità di energia significativamente più elevata, che potrebbe garantire ai veicoli alimentati a idrogeno una maggiore autonomia, e il rifornimento con idrogeno è molto più veloce della ricarica di una batteria. È anche un carburante promettente per industrie pesanti come la produzione dell’acciaio che non possono essere facilmente elettrificati e potrebbero essere utili per lo stoccaggio di energia a lungo termine.

Tuttavia, le credenziali ecologiche dell'idrogeno dipendono fortemente da come viene prodotto. L’uso dell’elettricità per dividere l’acqua in idrogeno e ossigeno può essere sostenibile se alimentato da energia rinnovabile. Ma il processo è attualmente molto costoso e la maggior parte dell’idrogeno oggi viene invece prodotto facendo reagire il metano dei combustibili fossili con il vapore, producendo notevoli quantità di CO2 come sottoprodotto.

Un nuovo promettente processo sviluppato dai ricercatori della Rice University genera idrogeno dai rifiuti di plastica senza emettere direttamente CO2. Naturalmente, anch’esso dovrebbe essere alimentato da energie rinnovabili. Ma oltre a produrre idrogeno, il processo produce anche grafene di qualità commerciale come sottoprodotto, che può essere venduto per pagare la produzione di idrogeno.

"Abbiamo convertito i rifiuti di plastica, compresi i rifiuti plastici misti che non devono essere differenziati per tipo o lavati, in gas idrogeno ad alto rendimento e grafene di alto valore", Kevin Wyss, che ha guidato la ricerca mentre faceva il suo dottorato alla Rice, ha detto in un comunicato stampa. “Se il grafene prodotto venisse venduto solo al 5% dell’attuale valore di mercato – uno sconto del 95% – l’idrogeno pulito potrebbe essere prodotto gratuitamente”.

Il nuovo processo si basa su una tecnica nota come riscaldamento flash joule, sviluppata nel laboratorio del professore della Rice James Tour. Si tratta di macinare la plastica in pezzi grandi come coriandoli, mescolarla con un materiale conduttivo, posizionarla in un tubo e quindi far passare attraverso di esso una tensione molto elevata. Questo riscalda la miscela a circa 5,000 gradi Fahrenheit in soli 4 secondi, facendo fondere insieme gli atomi di carbonio nella plastica in grafene e rilasciando una miscela di gas volatili.

Inizialmente il laboratorio si è concentrato sull’utilizzo della tecnica per trasformare i rifiuti di plastica in grafene e Tour ha fondato una startup chiamata Universal Matter per commercializzare il processo. Ma dopo aver analizzato la composizione dei sottoprodotti del vapore, il team si è reso conto che contenevano una quantità significativa di gas idrogeno con una purezza pari al 94%. I risultati sono stati pubblicati in un recente carta dentro Materiale avanzato.

Bloccando tutto il carbonio della plastica nel grafene, l’approccio produce idrogeno senza rilasciare CO2. E gli aspetti economici sono molto interessanti rispetto ad altri metodi di produzione dell’idrogeno verde: la materia prima è un prodotto di scarto e vendere il grafene anche a una frazione dell’attuale prezzo di mercato significa essenzialmente che l’idrogeno viene prodotto gratuitamente.

Far funzionare il processo su scala industriale sarà inevitabilmente una sfida, Upul Wijayantha della Cranfield University nel Regno Unito, detto New Scientist. "Non sappiamo, al di là della scala di laboratorio, che tipo di sfide incontreranno quando maneggeranno una vasta scala di plastica, miscele di gas e sottoprodotti, come il grafene", afferma.

Ciononostante Tour è ottimista sul fatto che l’approccio possa essere commercializzato in tempi relativamente brevi. “Si potrebbe avere un dispiegamento su scala più piccola per la generazione di idrogeno sicuramente entro cinque anni”, ha detto New Scientist. "Potresti avere una distribuzione su larga scala entro 10."

Se avesse ragione, la nuova tecnica potrebbe prendere due piccioni con una fava: aiutando a combattere i rifiuti di plastica e producendo carburanti verdi tutto in una volta.

Immagine di credito: Pile stratificate di grafene flash formate da rifiuti di plastica. (Kevin Wyss/Laboratorio turistico)