KGL_new
Wiadomości

Wodór i węgiel z plastikowych śmieci

Większość z już wyprodukowanych na świecie blisko 5 mld ton tworzyw sztucznych trafia na wysypiska. Do 2050 r. możemy mieć problem z 12 mld ton. To jeden z najpoważniejszych problemów współczesnego świata. Ale jest nadzieja: międzynarodowy zespół naukowców opracował metodę produkcji czystego wodoru i węgla z plastikowych odpadów.

Od plastiku do wodoru

Dzięki współpracy badaczy z uniwersytetów i instytucji naukowych w Wielkiej Brytanii, Chinach i Królestwie Arabii Saudyjskiej, naukowcy z Uniwersytetu Oksfordzkiego opracowali metodę przekształcania odpadów plastikowych w gaz wodorowy, który można wykorzystać jako paliwo i czysty węgiel. Osiągnęli to bez emisji CO2, wykorzystując mikrofale do aktywowania cząstek katalizatora, aby skutecznie „usunąć” wodór z polimerów.

Szczegółowy opis metody opublikowano w czasopiśmie Nature Catalysis (artykuł Microwave-initiated catalytic deconstruction of plastic waste into hydrogen and high-value carbons). W ogólnym ujęciu: naukowcy mieszają mechanicznie sproszkowane cząstki tworzywa sztucznego z katalizatorem podatnym na mikrofale składającym się z tlenku żelaza i tlenku glinu. W wyniku obróbki mikrofalowej uzyskuje się dużą objętość wodoru i pozostałości materiałów zawierających węgiel – większość z nich to nanorurki węglowe.

Efektywna metoda

Przekształcanie tworzyw sztucznych w paliwa nie jest pomysłem nowym, jednak zaproponowana metoda jest szybka, a proces przekształcania plastiku w wodór i węgiel jednoetapowy. Takie rozwiązanie jest prostsze od dotychczas istniejących procesów postępowania z odpadami z tworzyw sztucznych. Co więcej ponad 97% wodoru separuje się w bardzo krótkim czasie, a operacja nie generuje emisji CO2 (same węglowodory składają się wyłącznie z węgla i wodoru). Jednak by metodę nazwać bezemisyjną, zasilająca proces energia musi pochodzić ze źródeł odnawialnych.

Badacze uważają, że ich metoda jest potencjalnie atrakcyjnym rozwiązaniem problemu odpadów z tworzyw sztucznych, dzięki której plastikowe śmieci, zamiast zanieczyszczać gleby i oceany, znalazłyby zastosowanie jako surowiec do produkcji czystego paliwa wodorowego i produktów węglowych.

Dobre zastosowanie nauki

To nie jest dobra nauka stosowana, lecz raczej dobre zastosowanie nauki. Otwiera całkowicie nowy obszar katalizy pod względem selektywności i toruje drogę do uporania się z plastikowym Armagedonem. Szczególnie w krajach rozwijających się może być jedynym sposobem na dojście do gospodarki wodorowej i uwolnienia się od paliw kopalnych – powiedział prof. Peter Edwards, szef zespołu z Uniwersytetu Oksfordzkiego. Poza wszystkim innym jest to absolutnie krytyczne dla fundamentalnego zrozumienia chemii, fizyki i inżynierii elektronicznej systemu mezoskalowego (układy o rozmiarach rzędu µm) w katalizie, podstawy wszelkich istotnych postępów w dążeniu do zrównoważonego rozwoju energetycznego – dodał.

Od czystej nauki do czystego zastosowania

Pomysł na ten postęp, produkcję wodoru z tworzyw sztucznych, ma swoje korzenie w badaniach podstawowych dotyczących nauki o przejściu metalu w izolator wywołanego zmianą rozmiaru (SIMIT – Size-Induced Metal-Insulator Transition), tematem, który grupa prof. Edwardsa bada od lat. W skrócie: chodzi o to, że jeśli kawałek wysoko przewodzącego metalu rozbija się na coraz mniejsze kawałki, to czy istnieje etap (np. krytyczny rozmiar cząstki), w którym przestaje on zachowywać się jak metal?

Naukowcy zaobserwowali, że w metalu wchodzącym w tzw. fazę mezoskopową, przewodnictwo w cząstce spada o około 10 rzędów wielkości, podczas gdy w tym samym czasie absorpcja mikrofal wzrasta o około 10 rzędów wielkości. Małe, metaliczne cząstki zaczynają się zachowywać jak „superabsorbery mikrofalowe” umożliwiając skuteczne ogrzewania cząstek katalizatora, a w tym przypadku umożliwiając sprawne przekształcanie tworzyw sztucznych w wodór i węgiel.