廢塑膠零成本升級再造,利用「焦耳熱閃蒸法」同時獲得氫氣與石墨烯

 

刊登日期:2023/11/7
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氫氣可望取代化石燃料成為未來環保能源而受到矚目。然而一般常見的氫氣製造方法-蒸氣甲烷重整(Steam Methane Reforming; SMR)會產生二氧化碳,而利用再生能源進行水電解的成本則是既有方法的2~3倍。對此,美國萊斯大學(Rice University)開發了一項從塑膠廢棄物中回收氫氣的方法,且可同時生產出石墨烯,藉由出售石墨烯將可抵消生成氫氣所需的成本。

在此項研究中成功地將廢塑膠轉換為高產收率之氫氣與具有高價值的石墨烯,且做為原料的廢塑膠無須依類型分類或清洗。新開發的氫氣製造方法採用了萊斯大學自行改良的「焦耳熱閃蒸法(Flash Joule Heating; FJH)」。此方法背後的原理是利用「焦耳熱閃蒸法」在4秒內將廢塑膠的溫度提高至3100K(約2,827℃),使氫氣蒸發並留下石墨烯。

萊斯大學過去開發了一項利用「焦耳熱閃蒸法」將廢塑膠升級再造(Upcycle)製作出石墨烯的方法。當時研究團隊認為反應器中產生的大量氣體為碳氫化合物與氫氣的混合物,但礙於沒有相關設備可以調查確切成分。因此在獲得資金援助後,取得了調查氣化物質特性所需的設備。實證結果確認,在由86%的碳與14%的氫組成的聚乙烯中,高達68%的氫原子能以氫氣(純度94%)的形式回收。

為了在2050年實現《巴黎協定》二氧化碳淨零排放的目標,即使是低成本的生產方法,但生產1噸氫氣排放出11噸二氧化碳的SMR技術將無法持續。另一方面,利用再生能源進行水電解的話,生產2磅多(約0.9公斤)的綠色氫氣成本約為5美元,仍屬高價格。有鑑於此,萊斯大學表示,透過本次開發的製氫方法,若將生成之副產物(高價值石墨烯)以目前市場價格的5%價格出售,生產成本將可藉由石墨烯的銷售予以補足、抵銷,意即氫氣的製造成本實質為零。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/231012_waste-plastic.html
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