Пластиковые отходы превратили в чистый водород и графен с помощью нового метода

Зачем нам вообще этот водород? Это не просто очередной элемент из таблицы Менделеева. Это потенциальное топливо будущего для машин, электростанций и даже наших домов. Его энергоемкость выше, чем у бензина или газа. А главное — при его использовании не образуется углекислый газ, тот самый виновник парникового эффекта. Проблема в том, как его добывать.

Сейчас более 95% водорода — «серый». Его получают из природного газа, выбрасывая в атмосферу до 12 тонн CO₂ на каждую тонну водорода. Альтернатива — «зеленый» водород на чистой энергии — пока слишком дорога, около 5 долларов за килограмм. Нужен прорыв. И он, кажется, найден.

Команда из Университета Райса предложила элегантный и почти безотходный метод. Они берут любые пластиковые отходы — грязные, смешанные, неотсортированные — и с помощью мгновенного джоулева нагрева превращают их в водород и графен. Без катализаторов, с минимальными выбросами.

«Мы преобразуем пластик в газообразный водород с высоким выходом и попутно получаем ценный графен, — говорит ведущий автор Кевин Висс. — Если продавать графен даже за 5% его рыночной стоимости, чистый водород можно будет производить практически бесплатно». Представьте: пластиковая бутылка оплачивает своё превращение в топливо.

Обычный метод (паровой риформинг метана) требует огромных температур (700–1000 °C), дорогих катализаторов и оставляет после себя тонны CO₂. Новый подход иначе смотрит на сырьё. Пластик, например полиэтилен, — это по сути углеводород: 86% углерода и 14% водорода. Учёные задались вопросом: а нельзя ли аккуратно «вытряхнуть» этот водород, оставив углерод в полезной форме?

«Сегодняшний «серый» водород, получаемый из метана, — это тупик, если мы хотим достичь нулевых выбросов к 2050», — подчёркивает соавтор Джеймс Тур. Спрос на водород будет расти, и продолжать по-старому уже не выйдет.

Секрет — в мгновенном джоулевом нагреве до 3100 К. За четыре секунды водород в пластике испаряется, а углеродные атомы самоорганизуются в графен — тот самый «чудо-материал» из одного слоя атомов. Он прочнее стали, проводит ток и тепло и нужен везде: от электроники и батарей до композитов и медицины.

«Когда мы впервые применили наш нагрев к пластику, из реактора пошёл газ. Мы догадывались, что там есть водород, но нужны были точные инструменты для анализа», — вспоминает Висс о начале пути.

Когда оборудование появилось, догадки подтвердились. Удалось извлечь до 68% атомарного водорода, содержащегося в пластике, с чистотой 94%. И это без предварительной мойки и сортировки сырья! Невероятно, но факт: грязный пластиковый мусор прямо с полигона может стать источником чистого топлива.

Оценка жизненного цикла метода показывает впечатляющие цифры: на 33–95% меньше потребления энергии и на 65–89% меньше выбросов парниковых газов по сравнению с другими способами получения водорода из отходов или биомассы. Экономика и экология наконец-то идут рука об руку.

«Процесс позволяет производить чистый водород с отрицательной себестоимостью из отходов», — уверены исследователи. Их следующая задача — разобраться в механизме ещё глубже, чтобы масштабировать технологию и оптимизировать выход водорода.

Вы только вдумайтесь: пластиковый кризис и энергетический переход могут решаться одной и той же технологией. Вместо того чтобы закапывать или сжигать отходы, мы будем добывать из них топливо и высокотехнологичные материалы. Будущее, где мусор становится ресурсом, выглядит чуть ближе.