El método flash de bajas emisiones recicla los residuos de plástico para convertirlos en hidrógeno “libre”
17 de septiembre de 2023
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Los investigadores han desarrollado un método de bajas emisiones para recolectar hidrógeno y grafeno a partir de residuos plásticos.
Los investigadores han utilizado un método de bajas emisiones para recolectar hidrógeno y grafeno a partir de residuos plásticos. Dicen que no sólo resuelve problemas ambientales como la contaminación plástica y la producción de gases de efecto invernadero, sino que el valor del subproducto grafeno podría compensar los costos de producir hidrógeno.
El hidrógeno se utiliza para impulsar vehículos, generar electricidad y calentar nuestros hogares y negocios. El hidrógeno contiene más energía por unidad de peso que los combustibles fósiles, lo cual es importante desde el punto de vista medioambiental, ya que la principal causa de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero es la liberación de dióxido de carbono procedente de la quema de combustibles fósiles.
Más del 95% del hidrógeno se sintetiza mediante reformado con vapor y metano,que produce 11 toneladas (12 toneladas) de dióxido de carbono por cada tonelada de hidrógeno, la gran mayoría del cual es hidrógeno gris . En comparación, el “hidrógeno verde”, producido utilizando fuentes de energía renovables como la solar, la eólica o la hidroeléctrica para dividir el agua en sus elementos componentes, es caro: cuesta al rededor de cinco dólares por poco más de dos libras (alrededor de un kilogramo).
Investigadores de la Universidad de Rice han desarrollado un medio para recolectar valioso hidrógeno y grafeno a partir de residuos de plástico utilizando un método de bajas emisiones y sin catalizadores que tiene el potencial de amortizar se por sí solo.
“En este trabajo, convertimos los plásticos de desecho, incluidos los plásticos de desecho mixtos que no tienen que clasificarse por tipo ni lavarse, en gas hidrógeno de alto rendimiento y grafeno de alto valor”, dijo Kevin Wyss, autor principal del estudio.“Si el grafeno producido se vende a sólo el 5% del valor actual de mercado, ¡un 95%de descuento en la venta! – Se podría producir hidrógeno limpio de forma gratuita”.
En el reformado con vapor-metano, se utiliza vapor a alta temperatura(1292°Fa 1832 °F/700 °C a 1000 °C) para producir hidrógeno a partir de una fuente de metano como el gas natural. El metano reacciona con el vapor en presencia de un catalizador para producir hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono.
“La principal forma de hidrógeno utilizada hoy en día es el hidrógeno ‘gris’, que se produce mediante reformado con vapor y metano, un método que genera una gran cantidad de dióxido de carbono”, dijo James Tour, uno de los autores correspondientes del estudio.”La demanda de hidrógeno probablemente se disparará en las próximas décadas, por lo que no podemos seguir haciéndolo de la misma manera que hasta ahora si realmente queremos alcanzar emisiones netas cero para 2050″.
Los residuos de plástico permanecen en el medio ambiente durante años,amenazando la vida silvestre y propagando toxinas a animales y humanos. En el estudio actual, los investigadores expusieron los desechos plásticos aun rápido calentamiento Joule durante unos cuatro segundos. Al elevar la temperatura hasta 3.100 kelvin se vaporiza el hidrógeno presente en el plástico, dejando atrás el grafeno, un material ligero y duradero compuesto por una sola capa de átomos de carbono.El grafeno se utiliza en electrónica, almacenamiento de energía, sensores,recubrimientos, compuestos y dispositivos biomédicos, por nombrar sólo algunas de sus aplicaciones.
Imagen de microscopio electrónico de transmisión (TEM) de láminas de grafeno flash a nanoescala formadas a partir de residuos de plástico
Kevin Wyss/laboratorio de gira
“Cuando descubrimos por primera vez el calentamiento flash Joule y lo aplicamos para reciclar residuos de plástico en grafeno, observamos que se producían y disparaban muchos gases volátiles del reactor”, dijo Wyss. “Nos preguntamos qué eran, sospechando una mezcla de pequeños hidrocarburos e hidrógeno, pero carecemos de la instrumentación para estudiar su composición exacta”.
Después de adquirir el equipo necesario para analizar el contenido vaporizado gracias a la financiación del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU., los investigadores descubrieron que sus sospechas eran correctas: el proceso producía gas hidrógeno.
“Sabemos que el polietileno, por ejemplo, está hecho de 86%de carbono y 14% de hidrógeno, y demostramos que somos capaces de recuperar hasta el 68% de ese hidrógeno atómico en forma de gas con una pureza del 94%”, dijo Wyss. “Desarrollar los métodos y la experiencia para caracterizar y cuantificar todos los gases, incluido el hidrógeno, producidos por este método fue un proceso difícil pero gratificante para mí”.
Los investigadores dicen que, basándose en la evaluación del ciclo de vida, su método produce menos emisiones que otros métodos de producción de hidrógeno.La evaluación del ciclo de vida es una técnica utilizada para analizar los impactos ambientales holísticos y las demandas de recursos asociados con los métodos de producción.
“El proceso flash de H 2 proporciona mejoras tanto en la demandaacumuladadeenergía (entre un 33% y un 95% menos de energía) como en las emisiones de gases de efecto invernadero (entre un 65% y un 89% menos de emisiones) en comparación con otros métodos de deconstrucción de residuos plásticos o biomasa para la producción de H2” , dijo los investigadores.
Los investigadores dicen que un beneficio de su proceso de calentamiento flash Joulees que no es necesario lavar ni separar el plástico de desecho y se puede aprovechar para producir hidrógeno limpio con un costo negativo a partir de materiales de desecho.
Planean aumentar su comprensión del mecanismo de calentamiento flash Joule para mejorar su escalabilidad y optimizar la producción de hidrógeno.
“Espero que este trabajo permita la producción de hidrógeno limpio a partir de plásticos de desecho, lo que posiblemente resuelva importantes problemas ambientales como la contaminación plástica y la producción intensiva de hidrógeno mediante el reformado con vapor y metano”, dijo Wyss.
El estudio fue publicado en la revista Advanced Materials .