新材料：低排出方法廃プラスチックから水素とグラフェンを抽出する

研究者は低排出方法を用いて廃プラスチックから水素とグラフェンを抽出した。彼らは、プラスチック汚染や温室効果ガスの発生などの環境問題を解決しただけでなく、グラフェン副産物の価値が水素生産のコストを相殺できると述べた。水素ガスは、自動車に動力を供給し、発電し、家庭や企業の暖房に使用することができます。化石燃料に比べて、水素は単位重量あたりより多くのエネルギーを含んでおり、世界の温室効果ガス排出の主な原因は化石燃料を燃やして放出される二酸化炭素であるため、環境保護の観点から非常に重要である。

現在販売されている水素ガスの95%以上は蒸気メタン変換により合成され、水素ガス1トン当たり11トン（12トン）二酸化炭素、そのほとんどが灰水素である。対照的に、太陽エネルギー、風力エネルギー、または水エネルギーなどの再生可能エネルギーを利用して水を様々な元素に分離して生産される「グリーン水素」は高価で、水素ガス2ポンド（約1キロ）当たりのコストは約5ドルです。

ライス大学の研究者は現在、低排出、無触媒法を用いて廃プラスチックから貴重な水素とグラフェンを得る方法を開発しており、この方法はコストを回収する可能性がある。

「この作業では、タイプ別に分類したり洗浄したりする必要のない混合廃プラスチックを含む廃プラスチックを、水素と価値の高いグラフェンに変換しました」。この研究の第1著者ケビン・ヴィス（KevinWyss)が言う。「生産されたグラフェンが現在の市場価値の5%だけ、つまり95%の割引で販売されている場合！-クリーンな水素を無料で生産することができます」

蒸気−メタン転化過程において、高温蒸気（1292°F〜1832°F／700°C〜1000°C）天然ガスなどのメタン源から水素ガスを生産するために用いられる。メタンは触媒の作用下で蒸気と反応し、水素、一酸化炭素、二酸化炭素を生成する。

この研究の通信著者の一人ジェームズ・トール（JamesTour）氏は、「現在使用されている主な水素ガスの形は、蒸気−メタン改質によって生成された「灰色」水素ガスであり、この方法は二酸化炭素を大量に発生させる。今後数十年、水素ガスの需要が急増する可能性があるため、もし私たちが本当に2050年に純ゼロ排出を実現したいならば、これまでの方法で水素ガスを製造することはできない」と述べた。

廃プラスチックは環境中に長期的に存在し、野生動物を脅かし、動物や人間に毒素を伝播する。現在の研究では、廃プラスチックをフラッシュジュール加熱に約4秒間暴露した。温度は3100に上昇しましたケルビンの場合、プラスチック中の水素が蒸発し、グラフェンが残ります。これは単層炭素原子からなる軽量で耐久性のある材料です。グラフェンは電子、エネルギー貯蔵、センサ、コーティング、複合材料、生物医学設備などの分野で使用することができ、これはグラフェン応用のほんの一部である。

廃プラスチックで形成されたナノスケールフラッシュグラフェンシートの透過型電子顕微鏡（TEM）画像Kevin Wyss／Tour実験室

　　Wyss 「フラッシュジュール加熱が初めて発見され、廃プラスチックをグラフェンにアップグレードするのに応用されたとき、大量の揮発性ガスが発生し、反応器から噴出するのが観察された。私たちはそれらが何であるかを知りたい。小炭化水素と水素の混合物ではないかと疑いたいが、その正確な成分を研究する装置が不足している」と述べた。

米陸軍工兵部隊の援助を受けて、研究者は気化内容物の分析に必要な設備を得た後、彼らは自分の推測が正しいことを発見した：この過程で水素が発生した。

Wyss氏は、「例えば、ポリエチレンは86%の炭素と14%の水素から構成されていることを知っていますが、純度94%のガスとして68%まで回収できることを証明しました。の原子水素。私にとって、この方法で発生したすべてのガス（水素を含む）を特性化し定量化する方法と専門知識を開発するのは難しいが意義のあるプロセスだ」と述べた。

研究者によると、ライフサイクル評価によると、彼らの方法は他の水素製造方法よりも排出量が少ないという。ライフサイクル評価は、生産方法に関連する全体的な環境影響とリソース要件を分析するための技術です。

フラッシュ水素製造プロセスは、他の廃プラスチックまたはバイオマス分解水素製造方法と比較して、蓄積エネルギー需要（33〜95%のエネルギー削減）と温室効果ガス排出（65〜89%の削減）の排出）の面で改善されている。研究者によると、彼らのフラッシュジュール加熱技術の利点の1つは、廃棄プラスチックは洗浄や分離を必要とせず、廃棄材料を利用して負のコストのクリーン水素ガスを生産できることだという。彼らはフラッシュジュール加熱機構をさらに理解し、その拡張性を高め、水素ガスを最適化する計画だ