Naukowcy wyprodukowali ekologiczny wodór i grafen ze zwykłych śmieci

Zazwyczaj metody wykorzystywane do produkcji wodoru są niewłaściwe z punktu widzenia zrównoważonego rozwoju. Jest powszechnie wiadomo, że takie metody generują emisję dwutlenku węgla, a ich produkcja jest również kosztowna. Jednak według oświadczenia badaczy, nowa technika stanowi strategię niskoemisyjną, która może przynieść znaczne korzyści również finansowe.

Kevin Wyss, doktorant na Uniwersytecie Rice i główny autor badania, twierdzi, że zespół przekształcił odpady tworzyw sztucznych, w tym zmieszane odpady, które nie wymagają sortowania ani mycia, w wysoko wydajny wodór i wartościowy grafen. Wyss dodał, że jeśli wyprodukowany grafen zostanie sprzedany za tylko pięć procent obecnej wartości rynkowej – co oznacza aż 95-procentową zniżkę – to czysty wodór można produkować praktycznie bez kosztów. Zielony wodór pozyskiwany z odnawialnych źródeł energii i poddawany procesowi rozkładu wody na jej składniki kosztuje około 5 dolarów za kilogram wodoru. Dla porównania, większość ze 100 mln ton wodoru zużytego na świecie w 2022 r. została wyprodukowana z tańszych paliw kopalnych. Mimo to produkcja obejmowała około 12 ton dwutlenku węgla na tonę wodoru.

Produkcja czystego wodoru z odpadów tworzyw sztucznych, być może rozwiąże główne problemy środowiskowe.

James Tour, profesor chemii w Rice's TT i WF Chao oraz profesor nauk o materiałach i nanoinżynierii, zauważył: „Główną formą wodoru stosowanego obecnie jest wodór „szary”, wytwarzany w procesie reformingu parowo-metanowego, metody generującej duże ilości dwutlenku węgla. Zapotrzebowanie na wodór prawdopodobnie gwałtownie wzrośnie w ciągu następnych kilku dekad, więc nie możemy go kontynuować w taki sam sposób, jak do tej pory, jeśli poważnie myślimy o osiągnięciu zerowej emisji netto do 2050 r.”.

Naukowy proces wytwarzania wodoru z odpadów tworzyw sztucznych polega na poddawaniu próbek odpadów szybkiemu ogrzewaniu Joule'a przez prawie cztery sekundy. To podniosło temperaturę do 2800 stopni Celsjusza. W rezultacie w wyniku tej procedury wodór zawarty w tworzywach sztucznych ulega odparowaniu, tworząc grafen – niezwykle lekki i wytrzymały materiał składający się z pojedynczej warstwy atomów węgla.

Wyss wyjaśnił, że kiedy po raz pierwszy odkryto technikę błyskawicznego ogrzewania Joule'a, a następnie wykorzystano ją do recyklingu odpadów plastikowych w grafen, naukowcy zaobserwowali wytwarzanie wielu lotnych gazów, które były wyrzucane z reaktora.  „Zastanawialiśmy się, czym one są, podejrzewając mieszankę małych węglowodorów i wodoru, ale brakowało nam oprzyrządowania do zbadania ich dokładnego składu”. Aby przeanalizować odparowaną zawartość, zespół nabył niezbędny sprzęt do określenia produkcji wodoru.  Naukowcy odzyskali 68 procent wodoru atomowego.