طريقة لاستخلاص الهيدروجين من النفايات البلاستيكية بأقل انبعاثات وتغطي تكاليفها أكثر من نفسها
يُنظر إلى الهيدروجين كبديل واعد للوقود الأحفوري، لكن الطرق المستخدمة لتصنيعه إما تولد الكثير من ثاني أكسيد الكربون أو تكون باهظة الثمن.
اكتشف باحثون من جامعة رايس، طريقة لاستخلاص الهيدروجين من النفايات البلاستيكية باستخدام طريقة منخفضة الانبعاثات يمكن أن تغطي تكاليفها أكثر من نفسها.
قال كيفن ويس، خريج الدكتوراه في رايس والقائد الرئيسي، مؤلف في دراسة نشرت في المواد المتقدمة ” 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 – أي خصم بنسبة 95% على البيع! – فيمكن إنتاج الهيدروجين النظيف مجانًا.”
وبالمقارنة، فإن الهيدروجين “الأخضر”- الذي يتم إنتاجه باستخدام مصادر الطاقة المتجددة لتقسيم الماء إلى عنصرين مكونين له – يكلف حوالي 5 دولارات.
على الرغم من أنه أرخص، فإن معظم ما يقرب من 100 مليون طن من الهيدروجين المستخدم عالميًا في عام 2022 مشتق من الوقود الأحفوري، ويولد إنتاجه ما يقرب من 12 طنًا من ثاني أكسيد الكربون لكل طن من الهيدروجين.
زيادة الطلب على الهيدروجين
وقال جيمس تور، أستاذ الكيمياء، في جامعة رايس TT وWF Chao “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.”
قام الباحثون بتعريض عينات النفايات البلاستيكية لتسخين جول سريع لمدة أربع ثوان تقريبًا، مما رفع درجة حرارتها إلى 3100 درجة كلفن، تعمل هذه العملية على تبخير الهيدروجين الموجود في البلاستيك، تاركة وراءها الجرافين، وهي مادة خفيفة للغاية ومتينة تتكون من طبقة واحدة من ذرات الكربون.
إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار
وقال ويس: “عندما اكتشفنا تسخين الجول الوامض لأول مرة وقمنا بتطبيقه لإعادة تدوير نفايات البلاستيك إلى جرافين، لاحظنا إنتاج الكثير من الغازات المتطايرة وإطلاقها خارج المفاعل”، “لقد تساءلنا عن ماهيتها، واشتبهنا في أنها مزيج من الهيدروكربونات الصغيرة والهيدروجين، لكننا افتقرنا إلى الأجهزة اللازمة لدراسة تركيبها الدقيق”.
باستخدام تمويل من فيلق المهندسين بالجيش الأمريكي، حصل مختبر الجولة على المعدات اللازمة لتوصيف المحتويات المتبخرة.
وقال ويس: “نحن نعلم أن البولي إيثيلين، على سبيل المثال، يتكون من 86% كربون و14% هيدروجين، وأثبتنا أننا قادرون على استعادة ما يصل إلى 68% من هذا الهيدروجين الذري كغاز بنقاء 94%”، “إن تطوير الأساليب والخبرات لتوصيف وقياس جميع الغازات، بما في ذلك الهيدروجين، التي تنتجها هذه الطريقة، كانت عملية صعبة ولكنها مجزية بالنسبة لي.
وأضاف “أنا سعيد لأن التقنيات التي تعلمتها واستخدمتها في هذا العمل – على وجه التحديد تقييم دورة الحياة واللوني للغاز – يمكن تطبيقها على مشاريع أخرى في مجموعتنا، وآمل أن يسمح هذا العمل بإنتاج الهيدروجين النظيف من نفايات البلاستيك، ربما يحل المشاكل البيئية الكبرى مثل التلوث البلاستيكي وإنتاج غازات الدفيئة المكثفة للهيدروجين عن طريق إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار.
