Como resíduos plásticos de aquecimento instantâneo podem produzir hidrogênio verde e grafeno

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O hidrogênio poderia ser um combustível verde do futuro, mas atualmente é feito principalmente de combustíveis fósseis, num processo que gera muito CO2. Uma nova técnica, no entanto, gera gás hidrogénio a partir de resíduos plásticos sem emissões diretas de carbono, ao mesmo tempo que cria um valioso grafeno como subproduto.

As baterias são atualmente a principal abordagem para a descarbonização dos transportes, mas a utilização do hidrogénio como combustível ainda apresenta vantagens consideráveis. Tem uma densidade de energia significativamente maior, o que poderia proporcionar maior autonomia aos veículos movidos a hidrogénio, e o reabastecimento com hidrogénio é muito mais rápido do que recarregar uma bateria. É também um combustível promissor para indústrias pesadas como siderurgia que não pode ser facilmente eletrificado e pode ser útil para armazenamento de energia a longo prazo.

As credenciais verdes do hidrogénio dependem muito da forma como é produzido. A utilização de electricidade para dividir a água em hidrogénio e oxigénio pode ser sustentável se for alimentada por energia renovável. Mas o processo é actualmente muito caro e a maior parte do hidrogénio é hoje produzida pela reacção do metano dos combustíveis fósseis com vapor, produzindo quantidades consideráveis de CO2 como subproduto.

Um novo processo promissor desenvolvido por pesquisadores da Rice University gera hidrogênio a partir de resíduos plásticos sem emitir diretamente CO2. É claro que também precisaria de ser alimentado por energia renovável. Mas, além de produzir hidrogénio, o processo também produz grafeno de qualidade comercial como subproduto, que pode ser vendido para pagar a produção de hidrogénio.

“Convertemos resíduos de plástico – incluindo resíduos de plástico mistos que não precisam ser separados por tipo ou lavados – em gás hidrogênio de alto rendimento e grafeno de alto valor”, disse Kevin Wyss, que liderou a pesquisa enquanto fazia seu doutorado na Rice, disse em um comunicado de imprensa. “Se o grafeno produzido for vendido por apenas 5% do valor de mercado atual – um desconto de 95% na venda – o hidrogénio limpo poderia ser produzido gratuitamente.”

O novo processo depende de uma técnica conhecida como aquecimento flash joule, que foi desenvolvida no laboratório do professor James Tour, da Rice. Envolve triturar o plástico em pedaços do tamanho de confetes, misturá-lo com um material condutor, colocá-lo em um tubo e, em seguida, passar uma voltagem muito alta através dele. Isso aquece a mistura a cerca de 5,000 graus Fahrenheit em apenas 4 segundos, fazendo com que os átomos de carbono do plástico se fundam em grafeno e liberando uma mistura de gases voláteis.

O laboratório inicialmente se concentrou em usar a técnica para transformar resíduos de plástico em grafeno, e Tour fundou uma startup chamada Universal Matter para comercializar o processo. Mas depois de analisar a composição dos subprodutos do vapor, a equipe percebeu que eles continham uma quantidade significativa de gás hidrogênio com uma pureza de até 94%. Os resultados foram publicados recentemente em papel Materiais avançados.

Ao reter todo o carbono do plástico no grafeno, a abordagem produz hidrogénio sem libertar qualquer CO2. E a economia é muito atractiva em comparação com outros métodos de produção de hidrogénio verde – a matéria-prima é um produto residual, e vender o grafeno mesmo por uma fracção do preço de mercado actual significa essencialmente que o hidrogénio está a ser produzido gratuitamente.

Fazer com que o processo funcione em escala industrial será inevitavelmente um desafio, disse Upul Wijayantha, da Cranfield University, no Reino Unido, disse New Scientist. “Não sabemos, além da escala de laboratório, que tipo de desafios eles encontrarão ao manusear uma grande escala de plásticos, misturas de gases e subprodutos, como o grafeno”, diz ele.

No entanto, Tour está optimista de que a abordagem poderá ser comercializada de forma relativamente rápida. “Você poderia ter uma implantação em menor escala para a geração de hidrogênio certamente dentro de cinco anos”, disse ele. New Scientist. “Você poderia ter uma implantação em larga escala dentro de 10.”

Se ele estiver certo, a nova técnica poderá matar dois coelhos com uma cajadada só – ajudando a combater os resíduos plásticos e a produzir combustíveis verdes, tudo ao mesmo tempo.

Crédito de imagem: Pilhas em camadas de grafeno flash formadas a partir de resíduos plásticos. (Kevin Wyss/Laboratório turístico)