Инженеры из Университета Райса разработали технологию получения водорода из пластмассового мусора с низким уровнем выбросов парниковых газов. Помимо экологичности предложенного процесса выделение графена в качестве побочного продукта окупает производство водородного топлива.
Ученые подвергли пластиковые отходы быстрому джоулевому нагреву в течение примерно четырех секунд. Повышение температуры пластика до 3100 К (2800 °C) испаряет водород, оставляя после себя графен, легкий и прочный материал, состоящий из одного слоя атомов углерода. Графен используется в электронике, хранении энергии, датчиках, покрытиях, композитах и биомедицинских устройствах.
Наноразмерные листы флэш-графена, сформированные из отходов пластика. Снимок просвечивающего электронного микроскопа. Изображение: Кевин Висс, Tour lab
Наноразмерные листы флэш-графена, сформированные из отходов пластика. Снимок сканирующего электронного микроскопа. Изображение: Кевин Висс, Tour lab
Для мгновенного нагрева пластик не требуется обрабатывать, разделять или мыть, отмечают авторы исследования. Метод подходит для разных видов пластика, отличается только количество выделяемого водорода и графена. Выход зависит от соотношения атомов водорода и углерода в полимерном материале (пластике), подвергнутом нагреву.
Мы знаем, что полиэтилен, например, состоит из 86% углерода и 14% водорода, и мы продемонстрировали, что можем восстановить до 68% этого атомарного водорода в виде газа с чистотой 94%.
Кевин Висс, соавтор исследования
До 95% водородного топлива производится с помощью паро-метанового риформинга. Водород выделяется из природного газа под воздействием пара с температурой от 700 до 1000 °С. Метан реагирует с паром в присутствии катализатора с образованием водорода, угарного и углекислого газа.
Исследователи показали, что при быстром джоулевом нагреве по сравнению с другими методами на производство аналогичного объема водорода в зависимости от типа пластика потребление энергии снижается на 33–95%, а выбросы парниковых газов — на 65–89%. При этом «если произведенный графен будет продаваться всего за 5% от текущей рыночной стоимости, чистый водород можно будет производить бесплатно».
Инженеры работают над масштабированием производства для разработки технологического процесса, который подойдет для массовой переработки.
