L’idrogeno è visto come 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 ripagarsi da solo.
“In questo lavoro, abbiamo convertito i rifiuti di plastica – compresi i rifiuti plastici misti che non devono essere differenziati per tipo o lavati – in gas idrogeno ad alto rendimento e grafene di alto valore”, ha affermato Kevin Wyss, un alunno del dottorato della Rice. e autore principale di uno studio pubblicato in Materiale avanzato. “Se il grafene prodotto fosse 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 dividere l’acqua nei suoi due elementi componenti – costa circa 5 dollari per poco più di un chilo. Sebbene più economici, la maggior parte dei quasi 100 milioni di tonnellate di idrogeno utilizzati a livello globale nel 2022 provenivano da combustibili fossili, la cui 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 del metano a vapore, un metodo che genera molta anidride carbonica”, ha affermato James Tour, professore di chimica del TT e WF Chao della Rice e professore di materiali scienza e nanoingegneria. “La domanda di idrogeno probabilmente salirà alle stelle nei prossimi decenni, quindi non possiamo continuare a farcela come abbiamo fatto finora se vogliamo seriamente raggiungere zero emissioni nette entro il 2050”.
I ricercatori hanno esposto campioni di rifiuti di plastica a un rapido riscaldamento Joule 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 durevole 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 la produzione di molti gas volatili che fuoriuscivano dal reattore”, ha affermato Wyss. “Ci siamo chiesti cosa fossero, sospettando un mix di piccoli idrocarburi e idrogeno, ma non avevamo la strumentazione per studiarne l’esatta composizione.”
Utilizzando i finanziamenti del Corpo degli Ingegneri dell’Esercito degli Stati Uniti, il laboratorio 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 affermato Wyss. “Sviluppare i metodi e le competenze per caratterizzare e quantificare tutti i gas, compreso l’idrogeno, prodotti con questo metodo è stato per me un processo difficile ma gratificante.
“Sono felice che le tecniche che ho imparato e utilizzato in questo lavoro – in particolare la valutazione del ciclo di vita e la gascromatografia – possano essere applicate ad altri progetti nel nostro gruppo. Spero che questo lavoro consentirà la produzione di idrogeno pulito dai rifiuti plastica, risolvendo possibilmente importanti problemi ambientali come l’inquinamento da plastica e la produzione ad alta intensità di gas serra di idrogeno mediante il reforming del metano a vapore”.
La ricerca è stata supportata dal Centro di ricerca e sviluppo degli ingegneri dell’esercito degli Stati Uniti (W912HZ-21-2-0050), dall’Ufficio per la ricerca scientifica dell’aeronautica (FA9550-22-1-0526), dalla National Science Foundation e dall’Office of Naval Ricerca (N00014-22-1-2788).
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