Solkraftdrevet hydrogenproduksjon – Omforming av plast til noe nyttig

Solkraftdrevet hydrogenproduksjon har vært et mål for ingeniører i flere tiår. Imidlertid har denne oppgaven vist seg dyr og svært vanskelig å gjennomføre, noe som har gjort at vitenskapen har ligget bak andre måter å produsere grønn energi på, som sol- og geotermiske alternativer. Denne måneden markerer en viktig utvikling i forskningen da et team av ingeniører basert i EU introduserte en elektro‑kjemisk plastresirkuleringsprosess som produserer hydrogen som et rent biprodukt. Her er det du trenger å vite

Det er verdt å merke seg at det kan være en vanskelig oppgave å skape ren energi, som i noen scenarier kraftig reduserer fordelen ved å bruke den i utgangspunktet. Systemer som solcellepaneler og vindparker kan koste mye å sette opp, overvåke og vedlikeholde. I tillegg krever de mye plass og er ofte avhengige av eldre produksjonsmetoder som ikke er grønne. Denne forskningen søker å endre dette paradigmet, og holde produksjonsmetoder og strategier i tråd med det overordnede målet om å oppnå ren energi.

Plastavfall

Nivåene av plastavfall har nådd historiske proporsjoner globalt. Allerede i 2024 anslår analytikere at 220 millioner tonn plastavfall vil bli produsert. Dessverre vil kun rundt 10 % av dette avfallet noen gang nå et resirkuleringsanlegg. Følgelig sitter de resterende 90 % av avfallet på søppelfyllinger, i vannveier og på bygater.

Kan bli verre

Ifølge miljøforkjempere og forskere vil plastavfallsproblemet bare bli verre i de kommende årene. For det første gir hvert år forbedret produksjonskapasitet, noe som resulterer i mer bruk og mer avfall.

Plastfarer intensiveres

Over tid brytes plast ned til skadelige biprodukter som kan føre til helseproblemer som kreft og antibiotikaresistens, i tillegg til de åpenbare miljøpåvirkningene. Små plastforurensninger har blitt funnet i næringskjeden.

Det er verdt å merke seg at en stor del av dette plastavfallet er polystyren, som er produktet ingeniørene målrettet med sin karbonresirkuleringsstrategi som førte dem til solkraftdrevet hydrogenproduksjon.

Karbonsirkulering søker å redusere avfall

Det finnes i dag mange ulike resirkuleringsmetoder for å redusere avfall. En av de mest anerkjente og effektive er karbonsirkulering. Denne strategien dreier seg om å bryte ned avfall og bruke det til å skape nye materialer som så kan brukes i andre produksjonsprosesser.

Målet med karbonsirkulering er å eliminere avfall en dag ved å omdanne ubrukelig plastavfall og gi det nytt liv i form av tidligfase industrielle materialer. Her er de mest vanlige typene karbonsirkulering i bruk i dag.

Elektrokjemisk nedbrytning

Elektrokjemisk nedbrytning bruker en blanding av visse kjemikalier og varierende elektriske ladninger for å separere og skape nye kjemiske bindinger innen plastavfallet. Denne metoden krever mye elektrisitet for å bryte ned de kjemiske bindingene og etterlate mindre, mer nyttige molekyler.

Biologisk nedbrytning

Biologisk nedbrytning er en annen form for karbonsirkulering som har blitt stadig mer populær de siste årene. Denne metoden involverer levende organismer som sopp og bakterier. Disse mikroorganismene spiser plastavfall på molekylært nivå, noe som frigjør karbon‑ og oksygenmolekyler.

Denne tilnærmingen har fordelen at den ikke krever massive mengder elektrisitet eller farlige kjemikalier. Den kan imidlertid være treg, og det er ingen måte å fullt ut fastslå hvor lang tid nedbrytningsprosessen vil ta, siden miljøforhold og andre faktorer kan påvirke mikroorganismenes ytelse.

Termisk dekomponering

Termisk dekomponering bruker varme til å bryte ned de molekylære bindingene og frigjøre karbonmolekyler ved en prosess kalt pyrolyse. Denne metoden genererer varme, damp og elektrisitet, som kan brukes til å kompensere for produksjonskrav. Termisk dekomponering gir lave utslipp, reduserer luftforurensning, og kan produsere bio‑olje, karbonfiber og mange andre verdifulle produkter.

Hydrogen fra solcellepanelstudie

Denne måneden publiserte et team av ingeniører fra Friedrich Wöhler Research Institute for Sustainable Chemistry i Göttingen en studie¹ i tidsskriftet Angewandte Chemie, som beskriver en ny elektro‑kjemisk prosess som krever minimal energi og ikke produserer noen skadelige biprodukter.

Kilde – Friedrich Wöhler Research Institute for Sustainable Chemistry in Göttingen

Metoden baserer seg på en prosess kjent som jern‑elektrokatalyse, som stimulerer materialene og hjelper i nedbrytningen. Studien gjennomgår spesielt bruk av en elektrokatalytisk metode for å gi en mer effektiv nedbrytning av polystyren. Ingeniørene beviste vellykket at omdanning av plastavfall til industrielle materialer som monomeriske benzoilprodukter var mulig, og skapte hydrogen som et biprodukt underveis.

Test

Testingen startet med at ingeniører forsøkte å omdanne plastavfall på gram‑skala. Spesielt laget teamet et jern‑porfyrinkompleks som kunne sykle mellom ulike oksidasjonstrinn, og dermed forbedre polystyrennedbrytningen.

Resultater

Testingen viste at forskerne klarte å produsere hydrogen ved hjelp av denne metoden, sammen med en rekke andre nyttige industrielle materialer, som benzosyre, som finnes i mange konserveringsmidler, og benzaldehyd. Merk at de ikke hadde som mål å produsere hydrogen i det hele tatt, men snarere å demonstrere effektiviteten til deres lav‑energi karbonsirkuleringsmetode.

Fordeler

Det finnes mange ulike fordeler som denne forskningen bringer til markedet. For det første er prosessen helt basert på jern. Jern er ikke sjeldent og finnes over hele verden. Denne lett tilgjengelige ingrediensen er enkel å skaffe, rimelig og tilgjengelig i store mengder.

Rimelig

Det viktigste med denne metoden for hydrogenproduksjon er at den reduserer det elektriske forbruket sammenlignet med andre karbonfangstmetoder. Det er billigere å bestille og bruke jern enn de andre metodene for karbonsirkulering.

Jern er ikke‑giftig

En annen stor fordel med å bruke jern er at det er ikke‑giftig. Det finnes naturlig og skader ikke miljøet. Som sådan er bruken i tråd med det overordnede målet om å rense opp og senke kostnadene for alle.

Effektiv

En annen stor bonus for dette produktet er at det ikke krever mye energi for å fullføres. Derfor kan det drives av vanlige solcellepaneler. Denne strategien skaper en lukket krets for produksjons‑ og bruks­syklusen til produktet, noe som ytterligere senker kostnadene og forbedrer ytelsen.

Integrering av solcellepaneler i denne ligningen blir av mange sett på som neste steg i å skape en mer effektiv metode som kan brukes globalt. Merk at høy‑effektive solcellepaneler og andre nylige fremskritt kan forbedre denne tilnærmingen ytterligere i de kommende ukene.

Skalerbarhet

En annen stor fordel med den nye elektro‑kjemiske jernprosessen er at den raskt kan skaleres til industrielt nivå. Teknologien er enkel å integrere og klar for utrulling. Interesse for denne grønne hydrogenproduksjonsmetoden er allerede vekket.

Forskere

Karbonsirkuleringsstudien ble ledet av Lutz Ackermann ved Friedrich Wöhler Research Institute for Sustainable Chemistry i Göttingen. Reserven samarbeidet med andre for å få en full forståelse av hvorfor og hvordan denne unike formen for kjemisk resirkulering kan skape en grønnere fremtid.

Selskaper som kan ha nytte av studien om solkraftdrevet hydrogen

Når du ser på markedet, kan du lett identifisere noen få firmaer som kan utnytte denne utviklingen for å forbedre bunnlinjen sin. Selskaper i karbonsirkuleringsbransjen vil helt sikkert ta notis av den økte effektiviteten for å forbedre bunnlinjen. Her er ett firma som er godt posisjonert til å se gevinster når denne teknologien blir offentlig tilgjengelig.

Chart Industries GTLS

Wisconsin‑baserte Chart Industries (GTLS ) kom inn på markedet i 1985. Charles og Arthur Holmes startet selskapet for å levere produkter og støtte til energi‑ og gassleverandører. Spesielt var firmaet spesialisert på kryogenisk utstyr før de utvidet til karbonsirkulering via et oppkjøp av Earthly Lans.

Earthly Lans hjalp Chart Industries med å introdusere Cryogenic Carbon Capture (CCC)‑teknologi i deres produksjonsprosess. Dette unike systemet reduserer forurensning via en proprietær karbonsirkuleringsprosess. Som sådan blir det av mange sett på som ett av de beste miljøvennlige alternativene for de som ønsker å redusere karbonforurensning på industriell skala.

Chart Industries har opplevd noen opp- og nedturer i år, men blir fortsatt betraktet som en sterk ‘hold‘ av de fleste analytikere. Selskapet har sikret flere høyt‑nivå oppkjøp. I tillegg har de åpnet fabrikker i Asia, India, Australia, Europa og Sør‑America.

Chart Industries kan integrere denne lavkost‑resirkuleringsmetoden for å kutte avfall og forbedre bunnlinjen. Etterspørselen etter GTLS‑aksjen kan øke i løpet av de neste ukene og månedene takket være disse utviklingene og selskapets nye produkter og tjenester. For øyeblikket har GTLS en markedsverdi på $7,09 milliarder med en YTD‑avkastning på 21,48 %.

Solkraftdrevet hydrogen – Fremtid

Å skape hydrogen og andre verdifulle industrielle forbindelser ved hjelp av solcellepaneler er en spillveksler. Disse teknologiene kan arbeide sammen for å styrke grønn produksjon. For nå, mens disse teknologiene fortsatt er på vei til publikum, er det beste alternativet å håndtere og redusere avfallet ditt på en ansvarlig måte.

Lær mer om andre kule energiprojekter prosjekter.

Studierreferanse:

^{1. Hourtoule, M., Trienes, S., & Ackermann, L. (2024). Anodisk kommersiell polymerresirkulering: Sammenslåingen av jern‑elektrokatalyse med skalerbar hydrogenutviklingsreaksjon. Angewandte Chemie International Edition, 63(48), e202412689. https://doi.org/10.1002/anie.202412689}