استخدم باحثون طريقة منخفضة الانبعاثات لاستخلاص الهيدروجين والجرافين من نفايات البلاستيك، مشيرين إلى أنه لا يحل المشاكل البيئية مثل التلوث البلاستيكي وإنتاج الغازات الدفيئة فحسب، بل إن قيمة المنتج الثانوي للجرافين يمكن أن تعوض تكاليف إنتاج الهيدروجين.
يستخدم الهيدروجين لتشغيل المركبات وتوليد الكهرباء وتدفئة منازلنا وشركاتنا. يحتوي الهيدروجين على طاقة أكبر لكل وحدة وزن من الوقود الأحفوري، وهو أمر مهم من الناحية البيئية حيث أن السبب الرئيسي لانبعاثات غازات الدفيئة العالمية هو إطلاق ثاني أكسيد الكربون من حرق الوقود الأحفوري.
يتم تصنيع أكثر من 95% من الهيدروجين من خلال إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار، مما ينتج 11 طنًا (12 طنًا) من ثاني أكسيد الكربون لكل طن من الهيدروجين. والغالبية العظمى منه عبارة عن هيدروجين رمادي .
وبالمقارنة، فإن “الهيدروجين الأخضر” الذي يتم إنتاجه باستخدام مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح أو الطاقة الكهرومائية لتقسيم المياه إلى العناصر المكونة لها، باهظ الثمن. حيث يتكلف حوالي 5 دولارات أمريكية مقابل ما يزيد قليلاً عن جنيهين (حوالي كيلوغرام واحد).
استخلاص الهيدروجين والجرافين من نفايات البلاستيك
كما طور باحثون من جامعة رايس الآن وسيلة لاستخلاص الهيدروجين والجرافين الثمين من نفايات البلاستيك باستخدام طريقة منخفضة الانبعاثات وخالية من المحفزات والتي لديها القدرة على تغطية تكاليفها بنفسها.
قال كيفن ويس، المؤلف الرئيسي للدراسة: “في هذا العمل، قمنا بتحويل نفايات البلاستيك – بما في ذلك نفايات البلاستيك المختلطة التي لا يلزم فرزها حسب النوع أو غسلها – إلى غاز هيدروجين عالي الإنتاجية وجرافين عالي القيمة”. “إذا تم بيع الجرافين المنتج بنسبة 5٪ فقط من القيمة السوقية الحالية – خصم 95٪ على البيع! – يمكن إنتاج الهيدروجين النظيف مجانًا.
في إصلاح بخار الميثان، يُستخدم البخار ذو درجة الحرارة العالية (1292 درجة فهرنهايت إلى 1832 درجة فهرنهايت/700 درجة مئوية إلى 1000 درجة مئوية) لإنتاج الهيدروجين من مصدر الميثان مثل الغاز الطبيعي. يتفاعل الميثان مع البخار في وجود محفز لإنتاج الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون.
الهيدروجين الرمادي
وقال جيمس تور، أحد مؤلفي الدراسة: “إن الشكل الرئيسي للهيدروجين المستخدم اليوم هو الهيدروجين “الرمادي”، الذي يتم إنتاجه من خلال إعادة تشكيل الميثان بالبخار. وهي طريقة تولد الكثير من ثاني أكسيد الكربون”. “من المرجح أن يرتفع الطلب على الهيدروجين بشكل كبير خلال العقود القليلة المقبلة، لذلك لا يمكننا الاستمرار في إنتاجه بنفس الطريقة التي اتبعناها حتى الآن إذا كنا جادين في الوصول إلى صافي انبعاثات صفرية بحلول عام 2050.”
كما تتواجد النفايات البلاستيكية في البيئة منذ زمن طويل. مما يهدد الحياة البرية وينشر السموم بين الحيوانات والبشر. في الدراسة الحالية، قام الباحثون بتعريض النفايات البلاستيكية لتسخين جول سريع لمدة أربع ثوانٍ تقريبًا. يؤدي رفع درجة الحرارة إلى 3100 كلفن إلى تبخير الهيدروجين الموجود في البلاستيك، تاركًا وراءه الجرافين. وهي مادة خفيفة ومتينة تتكون من طبقة واحدة من ذرات الكربون.
كذلك يُستخدم الجرافين في الإلكترونيات، وتخزين الطاقة، وأجهزة الاستشعار، والطلاءات، والمواد المركبة. والأجهزة الطبية الحيوية. على سبيل المثال لا الحصر من تطبيقاته.
ونشرت الدراسة في مجلة المواد المتقدمة.
المصدر: جامعة رايس