Nouveaux Matériaux: Méthodes À Faibles Émissions Pour Extraire L'Hydrogène Et Le Graphène Des Déchets Plastiques

Les chercheurs ont utilisé une méthode à faibles émissions pour extraire l'hydrogène et le Graphène des déchets plastiques.Non seulement cela résout les problèmes environnementaux tels que la pollution plastique et la production de gaz à effet de serre, mais la valeur des sous - produits du graphène peut compenser le coût de production d'hydrogène, ont - ils déclaré.L'hydrogène peut être utilisé pour alimenter les voitures, produire de l'électricité et chauffer les maisons et les entreprises.L'hydrogène contient plus d'énergie par unité de poids que les combustibles fossiles, ce qui est important d'un point de vue environnemental, car la principale cause des émissions mondiales de gaz à effet de serre est le dioxyde de carbone émis par la combustion des combustibles fossiles.

Plus de 95% de l'hydrogène actuellement vendu est synthétisé par conversion de méthane à la vapeur, ce qui donne 11 tonnes par tonne d'hydrogène (12)Tonnes) de dioxyde de carbone, dont la grande majorité est de l'hydrogène gris.En revanche, l '« hydrogène vert» produit en séparant l'eau en divers éléments à l'aide d'énergies renouvelables telles que l'énergie solaire, éolienne ou hydraulique est coûteux et coûte environ deux livres (environ un kilogramme) d'hydrogène.5 dollars.

Des chercheurs de l'Université Rice ont maintenant mis au point un moyen d'extraire l'hydrogène précieux et le Graphène des déchets plastiques en utilisant une méthode à faibles émissions et sans catalyseur qui a le potentiel de récupérer les coûts.

« dans ce travail, nous transformons les déchets plastiques, y compris les déchets plastiques mélangés qui n’ont pas besoin d’être triés ou lavés par type, en hydrogène à haut rendement et en Graphène de grande valeur », a déclaré Kevin Weiss, premier auteur de l’étude.Wyss) dit.« si le Graphène produit n’était vendu qu’à 5% de sa valeur marchande actuelle, soit 95% de rabais!, l’hydrogène propre pourrait être produit gratuitement. »

Vapeur à haute température (1292 ° F à 1832 ° f / 700 ° C à 1000) pendant la conversion vapeur - méthane°C) est utilisé pour produire de l'hydrogène à partir de sources de méthane telles que le gaz naturel.Le méthane réagit avec la vapeur d'eau sous l'action d'un catalyseur pour produire de l'hydrogène, du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone.

L'un des auteurs correspondants de l'étude, James Toll« la principale forme d’hydrogène actuellement utilisée est l’hydrogène gris, qui est produit par reformage vapeur - méthane, une méthode qui produit beaucoup de dioxyde de carbone », a déclaré M. tour. « la demande d’hydrogène pourrait augmenter au cours des prochaines décennies, de sorte que si nous voulons vraiment atteindre zéro émission nette d’ici 2050, l’hydrogène ne peut plus être fabriqué avec la méthode utilisée jusqu’à présent. »

Les déchets plastiques peuvent persister dans l'environnement, menacer la faune et transmettre des toxines aux animaux et aux humains.Dans la présente étude, les chercheurs ont exposé les déchets plastiques à un chauffage Flash rapide pendant environ quatre secondes.La température monte à 3100Au Kelvin, l'hydrogène dans le plastique s'évapore, laissant derrière lui le Graphène, un matériau léger et durable composé d'une seule couche d'atomes de carbone.Le Graphène peut être utilisé dans des domaines tels que l'électronique, le stockage d'énergie, les capteurs, les revêtements, les matériaux composites et les dispositifs biomédicaux, ce qui n'est qu'une petite partie des applications du graphène.

Image de microscopie électronique en transmission (TEM) d'une feuille nanométrique de Graphène Flash formée de déchets plastiques Kevin Wyss / tour Labs

WYSS« Lorsque nous avons découvert pour la première fois le chauffage Joule flash et l’avons appliqué pour transformer les déchets plastiques en graphène, nous avons observé qu’il y avait une grande quantité de gaz volatils produits et éjectés du réacteur. Nous voulions savoir ce qu’ils étaient, soupçonnant qu’il s’agissait d’un mélange de petits hydrocarbures et d’hydrogène, mais il manquait d’instruments pour étudier leur composition exacte. »

Grâce au financement de l'US Army Corps of Engineers, les chercheurs ont obtenu l'équipement nécessaire pour analyser le contenu gazéifié, après quoi ils se sont rendus compte qu'ils avaient raison: le processus produisait de l'hydrogène.

Wyss a déclaré: « par exemple, nous savons que le polyéthylène est composé de 86% de carbone et de 14% d’hydrogène, alors que nous avons montré que nous pouvons en récupérer jusqu’à 68% sous forme de gaz avec une pureté de 94%.L'hydrogène atomique.Pour moi, développer des méthodes et une expertise pour caractériser et quantifier tous les gaz (y compris l’hydrogène) générés par cette méthode a été un processus difficile mais significatif ».

Les chercheurs disent que leur méthode produit moins d'émissions que d'autres méthodes de production d'hydrogène, selon l'évaluation du cycle de vie.L'évaluation du cycle de vie est une technique utilisée pour analyser l'impact environnemental global et les besoins en ressources associés aux méthodes de production.

Comparé à d’autres méthodes de déconstruction de l’hydrogène à partir de déchets plastiques ou de biomasse, le procédé de production Flash d’hydrogène permet de réduire la demande énergétique cumulée (33 à 95% d’énergie en moins) et les émissions de gaz à effet de serre (65 à 89% en moins).Les émissions) se sont améliorées.L'un des avantages de leur procédé de chauffage au flash - Joule, disent les chercheurs, est que les déchets plastiques n'ont pas besoin d'être lavés ou séparés et peuvent être utilisés pour produire de l'hydrogène propre à un coût négatif.Ils prévoient de mieux comprendre le mécanisme de chauffage flash - Joule pour améliorer son évolutivité et optimiser l'hydrogène