Các nhà nghiên cứu sử dụng phương pháp phát thải thấp để chiết xuất hydro và graphene từ nhựa thải. Họ cho biết, điều này không chỉ giải quyết được các vấn đề môi trường như ô nhiễm nhựa và sản xuất khí nhà kính mà giá trị của sản phẩm phụ graphene còn có thể bù đắp chi phí sản xuất hydro. Hydro có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho ô tô, tạo ra điện và sưởi ấm các ngôi nhà và doanh nghiệp. Hydro chứa nhiều năng lượng trên một đơn vị trọng lượng hơn nhiên liệu hóa thạch, điều này quan trọng từ góc độ môi trường vì nguyên nhân chính gây ra phát thải khí nhà kính toàn cầu là carbon dioxide thải ra khi đốt nhiên liệu hóa thạch.
Hơn 95% hydro hiện đang bán được tổng hợp thông qua chuyển đổi khí metan. Mỗi tấn hydro tạo ra 11 tấn (12 tấn) carbon dioxide, phần lớn trong số đó là hydro xám. Để so sánh, "hydro xanh" được sản xuất bằng cách sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, gió hoặc nước để tách nước thành các nguyên tố rất đắt tiền, có giá khoảng 5 USD cho mỗi hai pound (khoảng một kg) hydro.
Các nhà nghiên cứu của Đại học Rice hiện đã phát triển một phương pháp thu hoạch hydro và graphene có giá trị từ nhựa thải bằng phương pháp ít phát thải, không có chất xúc tác và có khả năng tự chi trả.
"Trong nghiên cứu này, chúng tôi chuyển đổi nhựa thải, bao gồm cả nhựa thải hỗn hợp không cần phân loại hoặc làm sạch, thành hydro hiệu suất cao và graphene có giá trị cao", Kevin Wyss, tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết. “Nếu graphene sản xuất được bán với giá chỉ bằng 5% giá trị thị trường hiện tại – giảm giá 95%! – hydro sạch có thể được sản xuất miễn phí.”
Trong quy trình cải tạo hơi nước-mêtan, hơi nước ở nhiệt độ cao (1292°F đến 1832°F/700°C đến 1000°C) được sử dụng để sản xuất hydro từ các nguồn mêtan như khí tự nhiên. Khí metan phản ứng với hơi nước dưới tác dụng của chất xúc tác tạo ra hydro, carbon monoxide và carbon dioxide.
James Tour, một trong những tác giả tương ứng của nghiên cứu, cho biết: "Dạng hydro chính hiện đang được sử dụng là hydro 'xám', được sản xuất bằng cách cải tạo hơi nước-methane, một phương pháp tạo ra lượng lớn carbon dioxide. Trong những thập kỷ tới, nhu cầu về hydro có thể tăng cao, vì vậy nếu chúng ta thực sự muốn đạt được mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050, chúng ta không thể sản xuất nó bằng các phương pháp mà chúng ta đang sử dụng nữa cho đến nay "
Nhựa phế thải vẫn tồn tại trong môi trường, đe dọa động vật hoang dã và lây lan chất độc cho động vật và con người. Trong nghiên cứu hiện tại, các nhà nghiên cứu đã cho nhựa thải tiếp xúc với nhiệt lượng Joule chớp nhoáng trong khoảng 4 giây. Khi nhiệt độ tăng lên 3.100 Kelvin, hydro trong nhựa bay hơi, để lại graphene, một vật liệu nhẹ và bền bao gồm một lớp nguyên tử carbon. Graphene có thể được sử dụng trong các lĩnh vực như điện tử, lưu trữ năng lượng, cảm biến, chất phủ, vật liệu composite và thiết bị y sinh, chỉ kể tên một số ứng dụng của nó.
.Wyss cho biết: "Ví dụ, chúng tôi biết rằng polyetylen bao gồm 86% cacbon và 14% hydro, và chúng tôi đã chứng minh rằng chúng tôi có thể thu hồi tới 68% hydro nguyên tử trong polyetylen dưới dạng khí với độ tinh khiết 94%. Đối với tôi, việc phát triển các phương pháp và chuyên môn để mô tả và định lượng tất cả các loại khí được tạo ra bằng phương pháp này, bao gồm cả hydro, là một quá trình khó khăn nhưng bổ ích".
Các nhà nghiên cứu cho biết phương pháp của họ tạo ra ít khí thải hơn các phương pháp sản xuất hydro khác, dựa trên đánh giá vòng đời. Đánh giá vòng đời là một kỹ thuật được sử dụng để phân tích tác động môi trường tổng thể và các yêu cầu về tài nguyên liên quan đến phương pháp sản xuất.
So với các phương pháp sản xuất hydro phân hủy sinh khối hoặc nhựa thải khác, quy trình sản xuất hydro nhanh mang lại những cải tiến về cả yêu cầu năng lượng tích lũy (giảm 33-95% năng lượng) và phát thải khí nhà kính (giảm phát thải 65-89%). Các nhà nghiên cứu cho biết lợi ích của quy trình gia nhiệt flash Joule là nhựa phế thải không cần phải làm sạch hoặc tách rời, cho phép vật liệu phế liệu được sử dụng để sản xuất hydro sạch với chi phí âm. Họ có kế hoạch tìm hiểu sâu hơn về cơ chế gia nhiệt Joule chớp nhoáng để cải thiện khả năng mở rộng và tối ưu hóa việc sản xuất hydro.