Waterstof halen uit plastic afval: het klinkt bijna te mooi om waar te zijn. Toch zijn Amerikaanse wetenschappers daar in geslaagd. En dat is niet alles: het proces levert ook het kostbare grafeen op als bijproduct. De verkoop van het grafeen tegen een fractie van de waarde betaalt de productie volledig terug. Het resultaat is gratis waterstof.
Waterstof is een veelbelovend alternatief voor fossiele brandstoffen. Maar om het te produceren, moeten watermoleculen gesplitst worden, en dat is een duur - en vaak nog vervuilend - proces. Een kilo groene waterstof kost op dit moment rond $ 5,- en goedkopere waterstof is vaak erg vervuilend.
“De vraag naar waterstof zal de komende decennia waarschijnlijk omhoogschieten, dus we kunnen het niet op dezelfde manier blijven doen als we tot nu toe hebben gedaan als we het ernstig menen met nuluitstoot in 2050”, zegt James Tour, hoogleraar Chemie en Nano-engineering aan de Rice University.
Gratis waterstof
Tour en zijn collega’s hebben een nieuwe en veelbelovende manier ontdekt om waterstof te produceren op basis van plastic afval. De onderzoekers stelden het plastic bloot aan zogenaamde flash-joule-opwarming - een bijzonder snelle verhitting. Daardoor verdampt de waterstof en blijft grafeen over - een extreem licht, duurzaam materiaal dat bestaat uit een enkele laag koolstofatomen.
“In dit werk hebben we afvalplastic ⎯ dat niet op type hoeft te worden gesorteerd of gewassen ⎯ omgezet in waterstofgas met hoge opbrengst en hoogwaardig grafeen”, vertelt zijn collega Kevin Wyss, “Als dat grafeen wordt verkocht tegen amper 5 procent van de huidige marktwaarde - een korting van 95 procent - kan schone waterstof gratis geproduceerd worden.”
"Toen we voor het eerst de flits Joule-verwarming ontdekten en het toepasten om afvalplastic te upcyclen tot grafeen, zagen we dat er veel vluchtige gassen werden geproduceerd en uit de reactor schoten," zei Wyss. "We vroegen ons af wat het waren en vermoedden een mix van kleine koolwaterstoffen en waterstof, maar we hadden niet de instrumenten om de exacte samenstelling te bestuderen."
Met behulp van financiering van het United States Army Corps of Engineers kocht het Tour-lab de benodigde apparatuur om de verdampte inhoud te analyseren.
"We weten bijvoorbeeld dat polyethyleen voor 86% uit koolstof en voor 14% uit waterstof bestaat en we hebben aangetoond dat we tot 68% van die atomaire waterstof kunnen terugwinnen als gas met een zuiverheid van 94%", aldus Wyss. "Het ontwikkelen van de methoden en expertise om alle gassen, inclusief waterstof, die door deze methode worden geproduceerd te karakteriseren en kwantificeren, was een moeilijk maar lonend proces."
Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Materials.
