Cómo el calentamiento instantáneo de residuos plásticos podría producir hidrógeno verde y grafeno

El hidrógeno podría ser el combustible verde del futuro , pero en la actualidad se produce principalmente a partir de combustibles fósiles en un proceso que genera mucho CO2. Sin embargo, una nueva técnica genera gas hidrógeno a partir de desechos plásticos sin emisiones directas de carbono, al tiempo que crea un valioso grafeno como subproducto.

Las baterías son actualmente el enfoque líder para descarbonizar el transporte, pero el uso de hidrógeno como combustible todavía tiene ventajas considerables. Tiene una densidad de energía significativamente mayor, lo que podría dar a los vehículos propulsados ​​por hidrógeno una mayor autonomía, y repostar con hidrógeno es mucho más rápido que recargar una batería. También es un combustible prometedor para industrias pesadas como la siderúrgica que no se puede electrificar fácilmente y podría ser útil para el almacenamiento de energía a largo plazo.

Sin embargo, las credenciales ecológicas del hidrógeno dependen en gran medida de cómo se produce. Usar electricidad para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno puede ser sostenible si se alimenta con energía renovable. Pero el proceso es actualmente muy costoso y la mayor parte del hidrógeno actual se produce haciendo reaccionar el metano de los combustibles fósiles con vapor, lo que produce cantidades considerables de CO2 como subproducto.

Un nuevo y prometedor proceso desarrollado por investigadores de la Universidad Rice genera hidrógeno a partir de residuos plásticos sin emitir directamente CO2. Por supuesto, también tendría que funcionar con energía renovable. Pero además de producir hidrógeno, el proceso también produce grafeno de calidad comercial como subproducto, que puede venderse para pagar la producción de hidrógeno.

“Convertimos los plásticos de desecho, incluidos los plásticos de desecho mixtos que no tienen que clasificarse por tipo ni lavarse, en gas hidrógeno de alto rendimiento y grafeno de alto valor”, Kevin Wyss, quien dirigió la investigación mientras hacía su doctorado en Rice, dijo en un comunicado de prensa . “Si el grafeno producido se vende a sólo el 5 por ciento del valor actual de mercado (un 95 por ciento de descuento en la venta), se podría producir hidrógeno limpio de forma gratuita”.

El nuevo proceso se basa en una técnica conocida como calentamiento flash-joule, que fue desarrollada en el laboratorio del profesor de Rice, James Tour. Consiste en triturar plástico en trozos del tamaño de un confeti, mezclarlo con un material conductor, colocarlo en un tubo y luego pasar un voltaje muy alto a través de él. Esto calienta la mezcla a unos 5.000 grados Fahrenheit en sólo 4 segundos, lo que hace que los átomos de carbono del plástico se fusionen formando grafeno y liberen una mezcla de gases volátiles.

Inicialmente, el laboratorio se centró en utilizar la técnica para convertir residuos de plástico en grafeno, y Tour fundó una startup llamada Universal Matter para comercializar el proceso. Pero después de analizar la composición de los subproductos del vapor, el equipo se dio cuenta de que contenían una cantidad significativa de gas hidrógeno con una pureza de hasta el 94 por ciento. Los resultados fueron publicados en un artículo reciente en Advanced Materials .

Al encerrar todo el carbono del plástico en grafeno, el método produce hidrógeno sin liberar CO2. Y la economía es muy atractiva en comparación con otros métodos de producción de hidrógeno verde: la materia prima es un producto de desecho, y vender el grafeno incluso por una fracción del precio actual del mercado significa esencialmente que el hidrógeno se produce de forma gratuita.

Conseguir que el proceso funcione a escala industrial será inevitablemente un desafío, dijo a New Scientist Upul Wijayantha de la Universidad de Cranfield en el Reino Unido . “No sabemos, más allá de la escala de laboratorio, qué tipo de desafíos encontrarán cuando manejen una escala masiva de plásticos, mezclas de gases y subproductos, como el grafeno”, dice.

No obstante, Tour es optimista en cuanto a que el enfoque podría comercializarse con relativa rapidez. “Se podría tener un despliegue a menor escala para generar hidrógeno dentro de cinco años”, dijo a New Scientist . “Se podría tener un despliegue a gran escala en 10 días”.

Si tiene razón, la nueva técnica podría matar dos pájaros de un tiro: ayudaría a abordar los desechos plásticos y producir combustibles ecológicos, todo al mismo tiempo.

Crédito de la imagen: pilas en capas de grafeno flash formadas a partir de desechos plásticos. (Kevin Wyss/laboratorio de gira)