Solenergi-drevet brintproduktion – Omdannelse af plast til noget nyttigt

Solenergi-drevet brintproduktion har været et mål for ingeniører i årtier. Dog viste denne opgave sig at være dyr og meget vanskelig at gennemføre, hvilket har gjort, at forskningen er kommet bagud i forhold til andre metoder til at producere grøn energi, såsom sol- og geotermiske muligheder. Denne måned markerer en stor udvikling inden for dette forskningsområde, da et team af ingeniører baseret i EU introducerede en elektrolytisk plastgenanvendelsesproces, der producerer brint som et rent biprodukt. Her er, hvad du behøver at vide

Det er bemærkelsesværdigt, at skabelsen af ren energi kan være en vanskelig opgave, som i visse scenarier kraftigt mindsker fordelene ved at bruge den i første omgang. Systemer som solpaneler og vindfarme kan koste meget at opsætte, overvåge og vedligeholde. Derudover kræver de meget plads og er ofte afhængige af ældre fremstillingsmetoder, som ikke er grønne. Denne forskning søger at omforme dette paradigme ved at holde produktionsmetoder og strategier i overensstemmelse med det overordnede mål om at opnå ren energi.

Plastaffald

Niveauerne af plastaffald har nået historiske proportioner globalt. Allerede i 2024 forudsiger analytikere, at 220 millioner ton plastaffald vil blive produceret. Desværre vil kun omkring 10 % af dette affald nogensinde nå et genanvendelsesanlæg. Som følge heraf ligger de resterende 90 % af affaldet i lossepladser, vandløb og på byens gader.

Kan blive værre

Ifølge miljøforkæmpere og forskere vil plastaffaldsdilemmaet kun blive værre i de kommende år. For det første giver hvert år øget produktionskapacitet, hvilket resulterer i mere brug og mere affald.

Farligheder ved plast intensiveres

Over tid nedbrydes plast til skadelige biprodukter, der kan medføre sundhedsproblemer som kræft og antibiotikaresistens, ud over de åbenlyse miljøpåvirkninger. Små plastforurenende stoffer er blevet fundet i fødekæden.

Det er bemærkelsesværdigt, at en stor del af dette plastaffald omfatter polystyren, som er det produkt, som ingeniørerne fokuserede på i deres kulstofgenanvendelsesstrategi, der førte dem til den solenergi-drevne brintproduktionsstrategi.

Kulstofgenanvendelse søger at reducere affald

Der findes i øjeblikket mange forskellige genanvendelsesmetoder til at hjælpe med at reducere affald. En af de mest anerkendte og effektive er kulstofgenanvendelse. Denne strategi drejer sig om at nedbryde affald og bruge det til at skabe nye materialer, som derefter kan anvendes i andre fremstillingsprocesser.

Målet med kulstofgenanvendelse er én dag at eliminere affald ved at omdanne ubrugeligt plastaffald og give det nyt liv i form af tidlige industrielle materialer. Her er de mest almindelige typer af kulstofgenanvendelse, der anvendes i dag.

Elektrokemisk nedbrydning

Elektrokemisk nedbrydning bruger en blanding af visse kemikalier og varierende elektriske ladninger til at adskille og skabe nye kemiske bindinger i plastaffaldet. Denne metode kræver meget elektricitet for effektivt at nedbryde de kemiske bindinger og efterlade mindre, mere nyttige molekyler.

Biologisk nedbrydning

Biologisk nedbrydning er en anden form for kulstofgenanvendelse, der er blevet mere populær i de sidste par år. Denne metode inkorporerer levende organismer som svampe og bakterier.  Disse mikroorganismer lever af plastaffald på molekylært niveau, hvilket frigiver kulstof- og iltmolekyler.

Dette tiltag har den fordel, at det ikke kræver enorme mængder elektricitet eller farlige kemikalier. Det kan dog være langsomt, og der er ingen måde at fastslå præcist, hvor lang tid nedbrydningsprocessen vil tage, da miljøforhold og andre faktorer kan påvirke mikroorganismens præstation.

Termisk dekomponering

Termisk dekomponering udnytter varme til at nedbryde de molekylære bindinger og frigøre kulstofmolekyler ved hjælp af en proces kaldet pyrolyse. Denne metode genererer varme, damp og elektricitet, som kan bruges til at kompensere for fremstillingsbehov. Termisk dekomponering giver lave emissioner, reducerer luftforurening og kan producere bio-olie, kulstoffibre og mange andre værdifulde produkter.

Hydrogen fra solpaneler – undersøgelse

Denne måned offentliggjorde et team af ingeniører fra Friedrich Wöhler Research Institute for Sustainable Chemistry i Göttingen en undersøgelse¹ i tidsskriftet Angewandte Chemie, der beskriver en ny elektrolytisk proces, som kræver minimal energi og ikke producerer skadelige biprodukter.

Kilde – Friedrich Wöhler Research Institute for Sustainable Chemistry in Göttingen

Metoden bygger på en proces kendt som jern-elektrokatalyse, som stimulerer materialerne og hjælper med nedbrydning. Undersøgelsen gennemgår specifikt brugen af en elektrokatalytisk metode for at give en mere effektiv nedbrydning af polystyren. Ingeniørerne beviste med succes, at omdannelse af plastaffald til industrielle materialer som monomere benzoylprodukter var muligt, og at der undervejs blev dannet brint som biprodukt.

Test

Testen startede med, at ingeniører forsøgte at omdanne plastaffald på gram-skala. Specifikt skabte teamet et jernporfyrin-kompleks, der kunne cykle mellem forskellige oxidationsstadier, hvilket forbedrede polystyren-nedbrydningsprocessen.

Resultater

Testen viste, at forskerne med succes kunne producere brint ved hjælp af denne metode sammen med en række andre nyttige industrielle materialer, såsom benzoesyre, som findes i mange konserveringsmidler, og benzaldehyd. Bemærkelsesværdigt var, at de overhovedet ikke havde til hensigt at producere brint, men snarere at demonstrere effektiviteten af deres lavenergi-kulstofgenanvendelsesmetode.

Fordele

Der er mange forskellige fordele, som denne forskning bringer til markedet. For det første er processen fuldstændig jernbaseret. Jern er ikke sjældent og kan findes over hele verden. Denne let tilgængelige ingrediens er nem at skaffe, billig og tilgængelig i store mængder.

Billig

Hovedattraktionen ved denne metode til brintproduktion er, at den reducerer det elektriske forbrug i forhold til andre kulstofopsamlingsmetoder. Det er billigere at bestille og anvende jern sammenlignet med de andre metoder til kulstofgenanvendelse.

Jern er ikke-giftigt

En anden stor fordel ved at bruge jern er, at det er ikke-giftigt. Det findes naturligt og skader ikke miljøet. Derfor er dets anvendelse i overensstemmelse med det overordnede mål om at rense op og sænke omkostningerne for alle.

Effektiv

En anden stor bonus ved dette produkt er, at det ikke kræver meget energi at fuldføre. Derfor kan det køre på almindelige solpaneler. Denne strategi skaber en lukket kredsløb for produktion og brug af produktet, hvilket yderligere sænker omkostningerne og forbedrer ydeevnen.

Integration af solpaneler i denne ligning ses af mange som det næste skridt i at skabe en mere effektiv metode, der kan anvendes globalt. Bemærkelsesværdigt kan højtydende solpaneler og andre nylige fremskridt forbedre denne tilgang yderligere i de kommende uger.

Skalerbarhed

En anden stor fordel ved den nye elektrolytiske jernproces er, at den hurtigt kan skaleres til industrielt niveau. Teknologien er let at integrere og klar til implementering. Interesse for denne grønne brintproduktionsmetode er allerede blevet vækket.

Forskere

Kulstofgenanvendelsesundersøgelsen blev ledet af Lutz Ackermann ved Friedrich Wöhler Research Institute for Sustainable Chemistry i Göttingen. Reserven arbejdede sammen med andre for at opnå en fuld forståelse af, hvorfor og hvordan denne unikke form for kemisk genanvendelse kan skabe en grønnere fremtid.

Virksomheder, der kunne drage fordel af undersøgelsen om solenergi-drevet brint

Når du undersøger markedet, kan du let se nogle få virksomheder, der kunne udnytte denne udvikling til at forbedre deres bundlinje. Virksomheder inden for kulstofgenanvendelse vil helt sikkert bemærke den ekstra effektivitet for at forbedre deres bundlinje. Her er en virksomhed, der er godt positioneret til at opnå gevinster, efterhånden som denne teknologi bliver offentligt tilgængelig.

Chart Industries GTLS

Wisconsin-baserede Chart Industries gik ind på markedet i 1985. Charles og Arthur Holmes grundlagde virksomheden for at levere produkter og support til energi- og gasleverandører. Specifikt specialiserede firmaet sig i kryogenisk udstyr, før de udvidede til kulstofgenanvendelse via en opkøb af Earthly Lans.

Earthly Lans hjalp Chart Industries med at introducere Cryogenic Carbon Capture (CCC)-teknologi i deres fremstillingsproces. Dette unikke system reducerer forurening via en proprietær kulstofgenanvendelsesproces. Derfor betragtes det af mange som en af de bedste miljøvenlige muligheder for dem, der ønsker at reducere kulstofforurening på industrielt niveau.

Chart Industries har oplevet nogle op- og nedture i år, men betragtes stadig som en stærk ‘hold‘ af de fleste analytikere. Virksomheden har sikret flere højniveauopkøb. Derudover har den åbnet fabrikker i Asien, Indien, Australien, Europa og Sydamerika.

Chart Industries kunne integrere denne omkostningseffektive genanvendelsesmetode for at reducere affald og forbedre deres bundlinje. Efterspørgslen efter GTLS-aktien kan stige i løbet af de kommende uger og måneder takket være disse udviklinger samt virksomhedens nye produkter og tjenester. I øjeblikket har GTLS en markedsværdi på $7,09 mia med et YTD-afkast på 21,48 %.

Solenergi-drevet brint – fremtid

At skabe brint og andre værdifulde industrielle forbindelser ved hjælp af solpaneler er en game changer. Disse teknologier kan yderligere arbejde sammen for at forbedre grøn fremstilling. Indtil videre, mens disse teknologier stadig er på vej ud til offentligheden, er den bedste mulighed at håndtere og reducere dit affald ansvarligt.

Lær om andre seje energiprojekter projekter.

Studierreferencer:

^{1. Hourtoule, M., Trienes, S., & Ackermann, L. (2024). Anodisk kommoditets-polymergenanvendelse: Sammenlægningen af jern-elektrokatalyse med skalerbar brintudviklingsreaktion. Angewandte Chemie International Edition, 63(48), e202412689. https://doi.org/10.1002/anie.202412689}