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O hidrogénio é visto como uma alternativa promissora ao combustível fóssil, mas os métodos utilizados para o produzir geram demasiado dióxido de carbono ou são demasiado caros. Pesquisadores da Rice University descobriram uma maneira de extrair hidrogênio de resíduos plásticos usando um método de baixas emissões que poderia mais do que se pagar.
“Neste trabalho, convertemos resíduos de plástico – incluindo resíduos de plástico mistos que não precisam ser separados por tipo ou lavados – em gás hidrogênio de alto rendimento e grafeno de alto valor”, disse Kevin Wyss, ex-aluno de doutorado da Rice. e autor principal de um estudo publicado em Materiais avançados. “Se o grafeno produzido for vendido por apenas 5% do valor atual de mercado – um desconto de 95% na venda! – o hidrogênio limpo poderia ser produzido gratuitamente.”
Em comparação, o hidrogénio “verde” – produzido utilizando fontes de energia renováveis para dividir a água nos seus dois elementos componentes – custa cerca de 5 dólares por pouco mais de duas libras. Embora mais barato, a maior parte dos quase 100 milhões de toneladas de hidrogénio utilizadas globalmente em 2022 foi derivada de combustíveis fósseis, gerando a sua produção cerca de 12 toneladas de dióxido de carbono por tonelada de hidrogénio.
“A principal forma de hidrogênio usada hoje é o hidrogênio ‘cinzento’, que é produzido através da reforma vapor-metano, um método que gera muito dióxido de carbono”, disse James Tour, professor de química TT e WF Chao de Rice e professor de materiais. ciência e nanoengenharia. “A procura por hidrogénio provavelmente disparará nas próximas décadas, por isso não podemos continuar a fazê-lo da mesma forma que temos feito até agora se quisermos seriamente atingir emissões líquidas zero até 2050.”
Os pesquisadores expuseram amostras de resíduos de plástico ao rápido aquecimento Joule por cerca de quatro segundos, elevando sua temperatura para 3.100 graus Kelvin. O processo vaporiza o hidrogênio presente nos plásticos, deixando para trás o grafeno – um material extremamente leve e durável feito de uma única camada de átomos de carbono.
“Quando descobrimos o aquecimento flash Joule e o aplicamos para transformar resíduos de plástico em grafeno, observamos muitos gases voláteis sendo produzidos e saindo do reator”, disse Wyss. “Perguntámo-nos o que seriam, suspeitando de uma mistura de pequenos hidrocarbonetos e hidrogénio, mas não tínhamos instrumentação para estudar a sua composição exata.”
Utilizando financiamento do Corpo de Engenheiros do Exército dos Estados Unidos, o laboratório Tour adquiriu o equipamento necessário para caracterizar o conteúdo vaporizado.
“Sabemos que o polietileno, por exemplo, é feito de 86% de carbono e 14% de hidrogênio, e demonstramos que somos capazes de recuperar até 68% desse hidrogênio atômico na forma de gás com 94% de pureza”, disse Wyss. “Desenvolver métodos e conhecimentos para caracterizar e quantificar todos os gases, incluindo o hidrogénio, produzidos por este método foi um processo difícil, mas gratificante para mim.
“Estou feliz que as técnicas que aprendi e usei neste trabalho – especificamente avaliação do ciclo de vida e cromatografia gasosa – possam ser aplicadas a outros projetos do nosso grupo. Espero que este trabalho permita a produção de hidrogênio limpo a partir de resíduos plásticos, possivelmente resolvendo grandes problemas ambientais, como a poluição por plásticos e a produção intensiva de hidrogênio, com uso intensivo de gases de efeito estufa, por meio da reforma a vapor do metano.”
A pesquisa foi apoiada pelo Centro de Pesquisa e Desenvolvimento de Engenheiros do Exército dos Estados Unidos (W912HZ-21-2-0050), pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea (FA9550-22-1-0526), pela National Science Foundation e pelo Office of Naval Pesquisa (N00014-22-1-2788).
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