Grafen i wodór z plastiku. Cenne surowce można wytwarzać ze śmieci
Naukowcy opracowali metodę przekształcającą plastikowe odpady w grafen i wodór. Proces może posłużyć do taniej produkcji wodorowego paliwa i cennych materiałów.
Nowy sposób wytwarzania wodoru z odpadów plastikowych jako produkt uboczny wytwarza grafen. Naukowcy są przekonani, że proces ten może zrewolucjonizować produkcję czystych paliw, bo zyski ze sprzedaży grafenu mogłyby uczynić produkcję wodoru niemal darmową.
Dziś większość wodorowego paliwa stosowanego w przemyśle czy transporcie nie ma nic wspólnego z troską o klimat. Większość stosowanego wodoru to tzw "wodór szary", który jest produkowany z gazu ziemnego w procesie tzw. reformingu parowo-metanowego, z czym wiążą się bardzo duże emisje gazów cieplarnianych. Istnieją sposoby wytwarzania wodorowego paliwa bez emisji - na przykład poprzez elektrolizę wody - ale są jeszcze zbyt drogie, by można było stosować je na szeroką skalę.
To ważne, bo czysty wodór ma potencjał do drastycznego ograniczenia emisji nie tylko z transportu, ale także z gałęzi przemysłu bardzo trudnych w dekarbonizacji, takich jak hutnictwo czy produkcja chemiczna. Może też stanowić dobry magazyn energii.
Naukowcy z Rice University w Stanach Zjednoczonych opracowali jednak metodę produkcji czystego wodoru z odpadowych tworzyw sztucznych, która może być opłacalna. Kluczem ma być fakt, że produktem ubocznym procesu jest grafen o wysokiej czystości. Naukowcy twierdzą, że gdyby był sprzedawany za zaledwie 5 proc. jego obecnej wartości, produkcja wodoru tą metodą wiązałaby się z ujemnymi kosztami.
"Nawet przy tej cenie zarabiamy około 4,30 dolara na kilogramie wodoru, więc wodór staje się darmowy" - mówi współautor badania James Tour. "Dostajesz darmowe paliwo, sprzątając świat".
Nowa metoda nie wymaga też sortowania odpadów plastikowych ani ich mycia. Naukowcy poddali próbki odpadów plastikowych działaniu szybkiego ogrzewania przez około cztery sekundy, podnosząc ich temperaturę do ok. 3 tys. stopni Celsjusza. Proces trwa zaledwie kilka milisekund. W rezultacie wodór obecny w tworzywach sztucznych odparowuje, pozostawiając grafen. Im szybszy proces ogrzewania, tym czystszy ostateczny produkt.
"Kiedy po raz pierwszy odkryliśmy błyskawiczne ogrzewanie i zastosowaliśmy je do recyklingu odpadów plastikowych, zaobserwowaliśmy wytwarzanie wielu lotnych gazów" - mówi Kevin Wyss, doktorant na Rice University i główny autor badania. "Zastanawialiśmy się, czym one są. Podejrzewaliśmy, że odkryjemy tam mieszankę małych węglowodorów i wodoru, ale brakowało nam oprzyrządowania do zbadania ich dokładnego składu".
Po zakupie niezbędnego sprzętu zespół wykazał, że z polietylenu, który składa się w 86% z węgla i 14% z wodoru, można odzyskać do 68% wodoru atomowego. Proces jest skalowalny i nie wytwarza dwutlenku węgla podczas rozkładu. Wytwarza wodór o czystości do 94% przy wysokiej wydajności. Szacunki naukowców mówią, że produkcja wodoru tą metodą ogranicza związane z nią emisje o od 39 do 84 proc. w porównaniu z technikami alternatywnymi.
Na razie prace ograniczają się do laboratorium. Badacze są jednak przekonani, że w ciągu 5 lat można będzie rozpocząć za pomocą tej techniki produkcję wodoru na niewielką skalę. Na skalę przemysłową - mniej więcej za dekadę.
