L’idrogeno è visto come una promettente alternativa ai combustibili fossili, ma i metodi utilizzati per produrlo generano o troppa anidride carbonica o sono troppo costosi. I ricercatori dell’Università di Rice hanno scoperto un modo per estrarre l’idrogeno dai rifiuti di plastica utilizzando un metodo a basse emissioni che potrebbe più che ripagare il suo costo.
“In questo lavoro, abbiamo convertito i rifiuti di plastica, compresi quelli misti che non devono essere separati per tipo o lavati, in idrogeno ad alto rendimento e grafene ad alto valore”, ha dichiarato Kevin Wyss, alunno dottorato di Rice e autore principale di uno studio pubblicato su Advanced Materials. “Se il grafene prodotto viene venduto al solo 5% del valore di mercato attuale, l’idrogeno pulito potrebbe essere prodotto gratuitamente.”
A titolo di confronto, l’idrogeno “verde”, prodotto utilizzando fonti di energia rinnovabile per separare l’acqua nei suoi due elementi, costa circa 5 dollari per poco più di due chili. Anche se più economico, la maggior parte dei quasi 100 milioni di tonnellate di idrogeno utilizzato globalmente nel 2022 è stato ottenuto dai combustibili fossili, con la produzione che genera circa 12 tonnellate di anidride carbonica per tonnellata di idrogeno.
“La forma principale di idrogeno utilizzata oggi è l’idrogeno ‘grigio’, che viene prodotto attraverso la riformazione a vapore del metano, un metodo che genera molta anidride carbonica”, ha dichiarato James Tour, professore di chimica e scienza dei materiali e nanoingegneria presso Rice. “La domanda di idrogeno probabilmente aumenterà vertiginosamente nei prossimi decenni, quindi non possiamo continuare a produrlo nello stesso modo se vogliamo seriamente raggiungere le emissioni nette zero entro il 2050.”
I ricercatori hanno esposto campioni di rifiuti di plastica a un riscaldamento rapido a lampi di Joule per circa quattro secondi, portando la temperatura a 3.100 gradi Kelvin. Il processo vaporizza l’idrogeno presente nella plastica, lasciando il grafene, un materiale estremamente leggero e resistente composto da un singolo strato di atomi di carbonio.
“Quando abbiamo scoperto per la prima volta il riscaldamento a lampi di Joule e lo abbiamo applicato per riciclare i rifiuti di plastica in grafene, abbiamo osservato la produzione di molteplici gas volatili che fuoriuscivano dal reattore”, ha affermato Wyss. “Ci siamo chiesti di cosa si trattasse, sospettando una miscela di piccoli idrocarburi e idrogeno, ma non avevamo gli strumenti per studiare la loro composizione esatta.”
Grazie ai finanziamenti del Corpo degli Ingegneri dell’Esercito degli Stati Uniti, il laboratorio di Tour ha acquisito l’attrezzatura necessaria per caratterizzare i contenuti vaporizzati.
“Sappiamo che il polietilene, ad esempio, è composto per l’86% di carbonio e il 14% di idrogeno, e abbiamo dimostrato di essere in grado di recuperare fino al 68% di quell’idrogeno atomico come gas con una purezza del 94%”, ha detto Wyss. “Sviluppare i metodi e l’esperienza per caratterizzare e quantificare tutti i gas, compreso l’idrogeno, prodotti da questo metodo è stato un processo difficile ma gratificante per me.
“Sono contento che le tecniche che ho imparato e utilizzato in questo lavoro, in particolare la valutazione del ciclo di vita e la cromatografia dei gas, possano essere applicate ad altri progetti nel nostro gruppo. Spero che questo lavoro permetta la produzione di idrogeno pulito da rifiuti di plastica, risolvendo eventuali problemi ambientali significativi come l’inquinamento da plastica e la produzione intensiva di gas serra di idrogeno mediante riformazione a vapore del metano.”
