Secondo uno studio della Rice University, la vendita del del grafene, ottenuto come sottoprodotto del processo, compensa i costi di produzione dell’idrogeno “flash”.
L’idrogeno è considerato un’alternativa promettente ai combustibili fossili, ma i metodi utilizzati per produrlo generano troppa anidride carbonica o sono troppo costosi.
I ricercatori della Rice University hanno trovato un modo per raccogliere l’idrogeno dai rifiuti di plastica utilizzando un metodo a basse emissioni che potrebbe più che ripagarsi da solo.
“In questo lavoro, abbiamo convertito i rifiuti plastici ⎯ compresi i rifiuti misti di plastica che non devono essere ordinati per tipo o lavati ⎯ in idrogeno gassoso ad alto rendimento e grafene di alto valore”, ha affermato Kevin Wyss, un alunno di dottorato della Rice e autore principale di uno studio pubblicato su Advanced Materials.
“Se il grafene prodotto viene venduto solo al 5% dell’attuale valore di mercato ⎯ uno sconto del 95%! ⎯ L’idrogeno pulito potrebbe essere prodotto gratuitamente”.
In confronto, l’idrogeno “verde” ⎯ prodotto utilizzando fonti di energia rinnovabile per scindere l’acqua nei suoi due elementi componenti ⎯ costa circa $ 5 per meno di un chilo.
Sebbene più economico, la maggior parte dei quasi 100 milioni di tonnellate di idrogeno utilizzate a livello globale nel 2022 derivava da combustibili fossili e la sua produzione generava circa 12 tonnellate di anidride carbonica per tonnellata di idrogeno.
“La principale forma di idrogeno utilizzata oggi è l’idrogeno ‘grigio’, che viene prodotto attraverso il reforming vapore-metano, un metodo che genera molta anidride carbonica”, ha detto James Tour, professore di chimica e professore di scienza dei materiali e nanoingegneria.
“La domanda di idrogeno probabilmente salirà alle stelle nei prossimi decenni, quindi non possiamo continuare a farlo come abbiamo fatto fino ad ora se vogliamo seriamente raggiungere emissioni nette zero entro il 2050”.
I ricercatori hanno esposto campioni di rifiuti di plastica a un rapido riscaldamento Joule flash per circa quattro secondi, portando la loro temperatura fino a 3100 gradi Kelvin.
Il processo vaporizza l’idrogeno presente nella plastica, lasciando dietro di sé il grafene ⎯, un materiale estremamente leggero e resistente costituito da un singolo strato di atomi di carbonio.
“Quando abbiamo scoperto per la prima volta il riscaldamento flash Joule e lo abbiamo applicato per riciclare la plastica di scarto in grafene, abbiamo osservato che molti gas volatili venivano prodotti e fucilati dal reattore”, ha detto Wyss.
“Ci siamo chiesti cosa fossero, sospettando un mix di piccoli idrocarburi e idrogeno, ma ci mancava la strumentazione per studiarne l’esatta composizione”.
Utilizzando i finanziamenti dell’United States Army Corps of Engineers, il laboratorio di Tour ha acquisito l’attrezzatura necessaria per caratterizzare il contenuto vaporizzato.
“Sappiamo che il polietilene, ad esempio, è composto per l’86% da carbonio e per il 14% da idrogeno, e abbiamo dimostrato che siamo in grado di recuperare fino al 68% di quell’idrogeno atomico come gas con una purezza del 94%”, ha detto Wyss.
“Sviluppare i metodi e le competenze per caratterizzare e quantificare tutti i gas, compreso l’idrogeno, prodotti con questo metodo è stato un processo difficile ma gratificante per me.
“Sono lieto che le tecniche che ho appreso e utilizzato in questo lavoro ⎯ in particolare la valutazione del ciclo di vita e la gascromatografia ⎯ possano essere applicate ad altri progetti del nostro gruppo. Spero che questo lavoro consentirà la produzione di idrogeno pulito dai rifiuti plastici, possibilmente risolvendo i principali problemi ambientali come l’inquinamento da plastica e la produzione di idrogeno ad alta intensità di gas serra attraverso il reforming del metano a vapore”.
