Hidrojen, fosil yakıtlara umut verici bir alternatif olarak görülüyor ancak hidrojeni üretmek için kullanılan yöntemler ya çok fazla karbondioksit üretiyor ya da çok pahalı. Rice Üniversitesi araştırmacıları, düşük emisyonlu bir yöntem kullanarak plastik atıklardan hidrojen elde etmenin, kendi masrafını fazlasıyla karşılayabilecek bir yol buldular.
Rice doktora mezunu Kevin Wyss, "Bu çalışmada, türüne göre sınıflandırılması veya yıkanması gerekmeyen karışık atık plastikler de dahil olmak üzere atık plastikleri yüksek verimli hidrojen gazına ve yüksek değerli grafene dönüştürdük" dedi. ve Advanced Materials'da yayınlanan bir çalışmanın baş yazarı. "Üretilen grafen mevcut piyasa değerinin yalnızca %5'i oranında satılırsa, yani %95 indirimle temiz hidrojen bedava üretilebilir."
Karşılaştırıldığında, suyu iki bileşenli elementlerine ayırmak için yenilenebilir enerji kaynakları kullanılarak üretilen 'yeşil' hidrojenin maliyeti iki poundun biraz üzerinde kabaca 5 dolar. Daha ucuz olmasına rağmen, 2022'de küresel olarak kullanılan yaklaşık 100 milyon ton hidrojenin çoğu fosil yakıtlardan elde edildi ve üretimi, bir ton hidrojen başına yaklaşık 12 ton karbondioksit üretiyor.
Rice'ın T. T. ve W. F. Chao Kimya Profesörü ve malzeme profesörü James Tour, "Bugün kullanılan hidrojenin ana formu, çok fazla karbondioksit üreten bir yöntem olan buhar-metan reformasyonu yoluyla üretilen 'gri' hidrojendir" dedi. bilim ve nanomühendislik. "Hidrojene olan talep muhtemelen önümüzdeki birkaç on yılda hızla artacak, dolayısıyla 2050 yılına kadar net sıfır emisyona ulaşma konusunda ciddiysek, bunu şimdiye kadar yaptığımız gibi yapmaya devam edemeyiz."
Araştırmacılar plastik atık numunelerini yaklaşık dört saniye boyunca hızlı flaş Joule ısıtmaya maruz bırakarak sıcaklıklarını 3100 Kelvin dereceye kadar çıkardılar. İşlem, plastiklerde bulunan hidrojeni buharlaştırarak geride tek bir karbon atomu katmanından oluşan son derece hafif, dayanıklı bir malzeme olan grafeni bırakıyor.
Wyss, "İlk kez flaş Joule ısıtmayı keşfettiğimizde ve bunu atık plastiği grafene dönüştürmek için uyguladığımızda, çok sayıda uçucu gazın üretildiğini ve reaktörden dışarı fırladığını gözlemledik" dedi. "Küçük hidrokarbonların ve hidrojenin bir karışımından şüphelenerek ne olduklarını merak ettik, ancak bunların tam bileşimini incelemek için gerekli araçlardan yoksunduk."
Amerika Birleşik Devletleri Ordusu Mühendisler Birliği'nin finansmanını kullanan Tour laboratuvarı, buharlaşan içerikleri karakterize etmek için gerekli ekipmanı aldı.
Wyss, "Örneğin polietilenin %86 karbon ve %14 hidrojenden oluştuğunu biliyoruz ve bu atomik hidrojenin %68'e kadar olan kısmını %94 saflıkta gaz olarak geri kazanabildiğimizi gösterdik" dedi. "Bu yöntemle üretilen hidrojen dahil tüm gazları karakterize etmek ve ölçmek için yöntemler ve uzmanlık geliştirmek benim için zor ama ödüllendirici bir süreçti.
"Bu çalışmada öğrendiğim ve kullandığım tekniklerin (özellikle yaşam döngüsü değerlendirmesi ve gaz kromatografisi) grubumuzdaki diğer projelere uygulanabilmesinden mutluyum. Bu çalışmanın atıklardan temiz hidrojen üretimine olanak sağlayacağını umuyorum. plastik kirliliği ve buhar metan reformasyonu yoluyla sera gazı yoğun hidrojen üretimi gibi büyük çevre sorunlarını çözebilir."
Araştırma, Amerika Birleşik Devletleri Ordusu Mühendis Araştırma ve Geliştirme Merkezi (W912HZ-21-2-0050), Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Ofisi (FA9550-22-1-0526), Ulusal Bilim Vakfı ve Deniz Kuvvetleri Ofisi tarafından desteklendi. Araştırma (N00014-22-1-2788).
