Jak błyskawiczne ogrzewanie odpadów z tworzyw sztucznych może wytworzyć zielony wodór i grafen

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Jak błyskawiczne ogrzewanie odpadów z tworzyw sztucznych może wytworzyć zielony wodór i grafen PlatoBlockchain Data Intelligence. Wyszukiwanie pionowe. AI.

Wodór mógłby być ekologiczne paliwo przyszłości, ale obecnie wytwarza się go głównie z paliw kopalnych w procesie generującym duże ilości CO2. Nowa technika generuje jednak wodór z odpadów tworzyw sztucznych bez bezpośredniej emisji dwutlenku węgla, tworząc jednocześnie cenny grafen jako produkt uboczny.

Baterie są obecnie wiodącym podejściem do dekarbonizacji transportu, ale wykorzystanie wodoru jako paliwa nadal ma znaczne zalety. Ma znacznie większą gęstość energii, co mogłoby zapewnić pojazdom napędzanym wodorem większy zasięg, a tankowanie wodorem jest znacznie szybsze niż ładowanie akumulatora. To także obiecujące paliwo do przemysł ciężki, taki jak hutnictwo stali które nie mogą być łatwo zelektryfikowane i mogą być przydatne do długoterminowego magazynowania energii.

Jednak ekologiczne walory wodoru zależą w dużej mierze od sposobu jego produkcji. Wykorzystanie energii elektrycznej do podziału wody na wodór i tlen może być zrównoważone, jeśli będzie zasilane energią odnawialną. Jednak proces ten jest obecnie bardzo kosztowny i większość wodoru wytwarza się obecnie w wyniku reakcji metanu z paliw kopalnych z parą wodną, w wyniku czego powstają znaczne ilości CO2 jako produktu ubocznego.

Obiecujący nowy proces opracowany przez naukowców z Rice University generuje wodór z odpadów z tworzyw sztucznych bez bezpośredniej emisji CO2. Oczywiście i on musiałby być zasilany energią odnawialną. Jednak oprócz wodoru w procesie tym powstaje również komercyjny grafen jako produkt uboczny, który można sprzedać, aby opłacić produkcję wodoru.

„Przekształciliśmy odpady tworzyw sztucznych – w tym odpady mieszane, których nie trzeba sortować według rodzaju ani myć – w wysokowydajny wodór gazowy i wartościowy grafen” – Kevin Wyss, który kierował badaniami podczas doktoratu w Rice, powiedział w komunikacie prasowym. „Jeśli wyprodukowany grafen będzie sprzedawany za zaledwie 5 procent aktualnej wartości rynkowej – czyli za 95 procent zniżki – czysty wodór będzie można wyprodukować za darmo”.

Nowy proces opiera się na technice znanej jako błyskawiczne ogrzewanie dżulowe, która została opracowana w laboratorium profesora Rice Jamesa Tour. Polega na rozdrobnieniu plastiku na kawałki wielkości konfetti, zmieszaniu go z materiałem przewodzącym, umieszczeniu w rurce, a następnie przepuszczeniu przez nią bardzo wysokiego napięcia. Podgrzewa to mieszaninę do temperatury około 5,000 stopni Fahrenheita w zaledwie 4 sekundy, powodując stopienie się atomów węgla w plastiku w grafen i uwolnienie mieszanki lotnych gazów.

Laboratorium początkowo skupiało się na wykorzystaniu tej techniki do przekształcania odpadów plastikowych w grafen, a Tour założył start-up o nazwie Universal Matter, aby skomercjalizować ten proces. Jednak po przeanalizowaniu składu produktów ubocznych w postaci pary zespół zdał sobie sprawę, że zawierają one znaczną ilość gazowego wodoru o czystości sięgającej 94%. Wyniki opublikowano niedawno w czasopiśmie papier w Zaawansowane materiały.

Blokując cały węgiel zawarty w plastiku w grafenie, podejście to pozwala wytwarzać wodór bez uwalniania CO2. Ekonomika jest bardzo atrakcyjna w porównaniu z innymi metodami produkcji zielonego wodoru – surowiec jest produktem odpadowym, a sprzedaż grafenu nawet za ułamek aktualnej ceny rynkowej zasadniczo oznacza, że wodór jest produkowany za darmo.

Uruchomienie procesu na skalę przemysłową będzie niewątpliwie wyzwaniem, Upul Wijayantha z Cranfield University w Wielkiej Brytanii, powiedział New Scientist. „Nie wiemy, poza skalą laboratoryjną, jakiego rodzaju wyzwania napotkają, gdy będą mieli do czynienia z tworzywami sztucznymi, mieszaninami gazów i produktami ubocznymi na ogromną skalę, takimi jak grafen” – mówi.

Niemniej jednak Tour jest optymistą, że podejście to można stosunkowo szybko skomercjalizować. „Z pewnością w ciągu pięciu lat można byłoby wdrożyć produkcję wodoru na mniejszą skalę” – powiedział New Scientist. „Wdrożenie na dużą skalę mogłoby nastąpić w ciągu 10.”

Jeśli ma rację, nowa technika może upiec dwie pieczenie na jednym ogniu, pomagając jednocześnie uporać się z odpadami z tworzyw sztucznych i wytwarzając ekologiczne paliwa.

Kredytowych Image: Warstwowe stosy grafenu błyskawicznego utworzone z odpadów z tworzyw sztucznych. (Kevin Wyss/laboratorium wycieczkowe)