فناوری تولید هیدروژن سبز و گرافن از پلاستیک

محققان دانشگاه رایس راهی برای برداشت هیدروژن از زباله های پلاستیکی با استفاده از روشی با انتشار کم پیدا کرده اند که گرافن را به عنوان محصول جانبی تولید می کند که می تواند به جبران هزینه های تولید کمک کند.

هیدروژن به عنوان جایگزین امیدوارکننده ای برای سوخت های فسیلی در نظر گرفته می شود، اما روش های مورد استفاده برای تولید بیش از حد دی اکسید کربن یا بسیار گران هستند.

محققان دانشگاه رایس راهی برای برداشت هیدروژن از زباله های پلاستیکی با استفاده از روشی با آلایندگی کم پیدا کرده اند که می تواند بیش از هزینه خود را بپردازد.

کوین ویس، فارغ‌التحصیل دکترای رایس و نویسنده اصلی مطالعه‌ای که در Advanced Materials منتشر شده است، می‌گوید: در این کار، ما پلاستیک‌های ضایعاتی - از جمله پلاستیک‌های ضایعاتی مخلوط که نیازی به دسته‌بندی یا شست‌وشو ندارند- را به بازده بالا تبدیل کردیم.

گاز هیدروژن و گرافن با ارزش بالا

اگر گرافن تولید شده تنها با 5 درصد ارزش فعلی بازار فروخته شود هیدروژن تمیز می تواند به صورت رایگان تولید شود.

در مقایسه، هیدروژن سبز - که با استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر برای تقسیم آب به دو عنصر تشکیل‌دهنده آن تولید می‌شود - تقریباً 5 دلار برای کمی بیش از دو پوند قیمت دارد.

اگرچه ارزان‌تر بود، اما بیشتر نزدیک به 100 میلیون تن هیدروژن مورد استفاده در جهان در سال 2022 از سوخت‌های فسیلی مشتق شد، اما تولید آن تقریباً 12 تن دی اکسید کربن در هر تن هیدروژن تولید می‌کرد.

جیمز تور، پروفسور شیمی و استاد علم مواد و مهندسی نانو گفت: شکل اصلی هیدروژنی که امروزه استفاده می‌شود، هیدروژن خاکستری است که از طریق رفرمینگ بخار-متان تولید می‌شود، روشی که مقدار زیادی تولید می‌کند.

از دی اکسید کربن تقاضا برای هیدروژن احتمالا در چند دهه آینده به شدت افزایش خواهد یافت، بنابراین اگر در مورد رسیدن به انتشار صفر خالص تا سال 2050 جدی هستیم، نمی‌توانیم به همان روشی که تاکنون داشته‌ایم ادامه دهیم.

محققان نمونه‌های زباله‌های پلاستیکی را برای حدود چهار ثانیه در معرض حرارت سریع ژول قرار دادند و دمای آن‌ها را به 3100 درجه کلوین رساندند. این فرآیند، هیدروژن موجود در پلاستیک را تبخیر می‌کند و گرافن را پشت سر می‌گذارد - ماده‌ای بسیار سبک و بادوام که از یک لایه اتم کربن تشکیل شده است.

Wyss خاطرنشان کرد: زمانی که برای اولین بار گرمایش ژول فلاش را کشف کردیم و آن را برای چرخه ضایعات پلاستیکی در گرافن به کار بردیم، مشاهده کردیم که گازهای فرار زیادی تولید شده و از راکتور خارج می شوند، ما متعجب بودیم که آنها چه هستند، به ترکیبی از هیدروکربن های کوچک و هیدروژن مشکوک بودیم، اما فاقد ابزار دقیق برای مطالعه ترکیب دقیق آنها بودیم.

با استفاده از بودجه سپاه مهندسین ارتش ایالات متحده، آزمایشگاه تور تجهیزات لازم را برای توصیف محتویات تبخیر شده به دست آورد.

ویس گفت: ما می دانیم که برای مثال پلی اتیلن از 86 درصد کربن و 14 درصد هیدروژن ساخته شده است و نشان دادیم که می توانیم تا 68 درصد از هیدروژن اتمی را به صورت گاز با خلوص 94 درصد بازیابی کنیم.

توسعه روش ها و تخصص برای مشخص کردن و تعیین کمیت همه گازها، از جمله هیدروژن، تولید شده توسط این روش، برای من یک فرآیند دشوار اما پربار بود.

"خوشحالم که تکنیک هایی که در این کار آموختم و استفاده کردم - به ویژه ارزیابی چرخه عمر و کروماتوگرافی گازی - می تواند در پروژه های دیگر گروه ما به کار رود. من امیدوارم که این کار امکان تولید هیدروژن تمیز از پلاستیک‌های زباله را فراهم کند و احتمالاً مشکلات زیست‌محیطی بزرگی مانند آلودگی پلاستیک و تولید گازهای گلخانه‌ای هیدروژن را با اصلاح متان بخار حل کند.

این تحقیق توسط مرکز تحقیقات و توسعه مهندسی ارتش ایالات متحده (W912HZ-21-2-0050)، دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی (FA9550-22-1-0526)، بنیاد ملی علوم و دفتر نیروی دریایی پشتیبانی شد.

این موضوع باعث می‌شود که تعجب کنیم که چقدر هیدروژن می‌تواند به اقتصاد بازیافت شود. علاوه بر این، این به نظر ساده و موثر است. این به شدت نشان می دهد که این فقط از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است.

نکته جالب تر بودجه نظامی است

برخی فکر می کنند که تمام این پول نظامی صرف سلاح، دستورات و مهمات می شود، اما اکنون می‌توانید مشکوک باشید که ممکن است دلیل امنیت ملی بسیار خوبی برای حمایت از این تحقیق وجود داشته باشد.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است... سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد، ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.