Soldriven vätgasproduktion – Omvandla plast till något användbart

Soldriven vätgasproduktion har varit ett mål för ingenjörer i årtionden. Men denna uppgift visade sig dyr och mycket svår att genomföra, vilket gjorde att forskningen hamnade efter andra sätt att producera grön energi, såsom sol- och geotermiska alternativ. Denna månad markerar en stor utveckling i forskningen då ett team av ingenjörer baserade i EU introducerade en elektrolytisk plaståtervinningsprocess som producerar vätgas som en ren biprodukt. Här är vad du behöver veta

Det är värt att notera att skapa ren energi kan vara en svår uppgift som i vissa scenarier kraftigt minskar fördelen med att använda den från början. System som solpaneler och vindkraftverk kan kosta mycket att installera, övervaka och underhålla. Dessutom kräver de mycket utrymme och förlitar sig ofta på äldre tillverkningsmetoder som inte är gröna. Denna forskning syftar till att förändra detta paradigm, hålla produktionsmetoder och strategier i linje med det övergripande målet att uppnå ren energi.

Plastavfall

Plastavfallet har nått historiska proportioner globalt. Redan år 2024 förutspår analytiker att 220 miljoner ton plastavfall kommer att produceras. Tyvärr kommer endast omkring 10 % av detta avfall någonsin en återvinningsanläggning. Följaktligen sitter de återstående 90 % av avfallet på soptippar, i vattenvägar och på stadsgator.

Kan bli värre

Enligt miljöaktivister och forskare kommer plastavfallsproblemet bara att bli värre under de kommande åren. För det första ger varje år förbättrad produktionskapacitet, vilket resulterar i mer användning och avfall.

Plastfaror intensifieras

Med tiden bryts plast ner till skadliga biprodukter som kan leda till hälsoproblem som cancer och antibiotikaresistens, förutom de uppenbara miljöpåverkan. Små plastföroreningar har hittats i näringskedjan.

Det är värt att notera att en stor del av detta plastavfall är polystyren, vilket är den produkt som ingenjörerna riktade in sig på för sin kolåtervinningsstrategi som ledde dem till soldriven vätgasproduktionsstrategi.

Kolåtervinning syftar till att minska avfall

Det finns för närvarande många olika återvinningsmetoder för att minska avfall. En av de mest hyllade och effektiva är kolåtervinning. Denna strategi kretsar kring att bryta ner avfall och använda det för att skapa nya material som sedan kan användas i andra tillverkningsprocesser.

Målet med kolåtervinning är att en dag eliminera avfall genom att omvandla meningslöst plastavfall och ge det nytt liv i form av tidiga industriella material. Här är de vanligaste typerna av kolåtervinning som används idag.

Elektrokemisk nedbrytning

Elektrokemisk nedbrytning använder en blandning av vissa kemikalier och varierande elektriska laddningar för att separera och skapa nya kemiska bindningar inom plastavfallet. Denna metod kräver mycket elektricitet för att framgångsrikt bryta ner de kemiska bindningarna och lämna mindre, mer användbara molekyler.

Biologisk nedbrytning

Biologisk nedbrytning är en annan form av kolåtervinning som har ökat i popularitet under de senaste åren. Denna metod involverar levande organismer som svampar och bakterier. Dessa mikroorganismer livnär sig på plastavfall på molekylär nivå vilket frigör kol- och syremolekyler.

Denna metod har fördelen att den inte kräver stora mängder elektricitet eller farliga kemikalier. Dock kan den vara långsam, och det finns inget sätt att helt bestämma hur lång tid nedbrytningsprocessen kommer att ta eftersom miljöförhållanden och andra faktorer kan påverka mikroorganismernas prestanda.

Termisk dekomposition

Termisk dekomposition använder värme för att bryta ner de molekylära bindningarna och frigöra kolmolekyler genom en process som kallas pyrolys. Denna metod genererar värme, ånga och elektricitet, vilket kan användas för att kompensera för tillverkningskrav. Termisk dekomposition ger låga utsläpp, minskar luftföroreningar och kan producera bioolja, kolfibrer och många andra värdefulla produkter.

Vätgas från solpanelstudie

Denna månad publicerade ett team av ingenjörer från Friedrich Wöhler Research Institute for Sustainable Chemistry i Göttingen en studie¹ i tidskriften Angewandte Chemie, som beskriver en ny elektrolytisk process som kräver minimal energi och inte producerar några skadliga biprodukter.

Källa – Friedrich Wöhler Research Institute for Sustainable Chemistry in Göttingen

Metoden bygger på en process som kallas järn‑elektrokatalys, som stimulerar materialen och underlättar nedbrytning. Studien granskar specifikt användningen av en elektrokatalytisk metod för att ge en mer effektiv nedbrytning av polystyren. Ingenjörerna bevisade framgångsrikt att omvandla plastavfall till industriellt material som monomeriska bensoylprodukter var möjligt, och skapade vätgas som en biprodukt under processen.

Test

Testningen började med att ingenjörer försökte omvandla plastavfall på gramnivå. Specifikt skapade teamet ett järn‑porfyrinkomplex som kunde cykla mellan olika oxidationssteg, vilket förbättrade nedbrytningen av polystyren.

Resultat

Testningen visade att forskarna framgångsrikt kunde skapa vätgas med denna metod tillsammans med en rad andra användbara industriella material, såsom bensoesyra, som finns i många konserveringsmedel, och bensaldehyd. Noterbart är att de inte hade som mål att producera vätgas alls utan snarare att demonstrera effektiviteten i deras lågenergi‑kolåtervinningsmetod.

Fördelar

Det finns många olika fördelar som denna forskning ger till marknaden. För det första är processen helt järnbaserad. Järn är inte sällsynt och finns över hela världen. Denna lättillgängliga ingrediens är enkel att skaffa, billig och finns i stora mängder.

Billig

Huvudattraktionen med denna metod för vätgasproduktion är att den minskar den elektriska förbrukningen jämfört med andra kolinfångningsmetoder. Det är billigare att beställa och använda järn än de andra metoderna för kolåtervinning.

Järn är icke-toxiskt

En annan stor fördel med att använda järn är att det är icke-toxiskt. Det finns naturligt och skadar inte miljön. Därför är dess användning i linje med det övergripande målet att rena och sänka kostnaderna för alla.

Effektiv

En annan stor fördel med denna produkt är att den inte kräver mycket energi för att slutföras. Därmed kan den drivas av vanliga solpaneler. Denna strategi skapar en sluten krets för produktens produktions- och användningscykel, vilket ytterligare sänker kostnaderna och förbättrar prestandan.

Att integrera solpaneler i denna ekvation ses av många som nästa steg för att skapa en mer effektiv metod som kan användas globalt. Speciellt högpresterande solpaneler och andra nyliga framsteg kan förbättra detta tillvägagångssätt ytterligare under de kommande veckorna.

Skalbarhet

En annan stor fördel med den nya elektrolytiska järnprocessen är att den snabbt kan skalas upp till industriell nivå. Tekniken är lätt att integrera och redo för implementering. Intresset för denna gröna vätgasproduktionsmetod har redan väckt uppmärksamhet.

Forskare

Kolåtervinningsstudien leddes av Lutz Ackermann vid Friedrich Wöhler Research Institute for Sustainable Chemistry i Göttingen. Gruppen samarbetade med andra för att få en fullständig förståelse för varför och hur denna unika form av kemisk återvinning kan skapa en grönare morgondag.

Företag som kan dra nytta av studien om soldriven vätgas

När du granskar marknaden kan du enkelt se några företag som kan utnyttja denna utveckling för att förbättra sin resultat. Företag inom kolåtervinning kommer säkert att notera den ökade effektiviteten för att förbättra sin lönsamhet. Här är ett företag som är väl positionerat för att se vinster när denna teknik blir offentligt tillgänglig.

Chart Industries GTLS

Det Wisconsin-baserade företaget Chart Industries gick in på marknaden 1985. Charles och Arthur Holmes grundade företaget för att leverera produkter och stöd till energi- och gasleverantörer. Specifikt specialiserade sig företaget på kryogent utrustning innan de expanderade till kolåtervinning genom ett förvärv av Earthly Lans.

Earthly Lans hjälpte Chart Industries att introducera Cryogenic Carbon Capture (CCC)-teknik i deras tillverkningsprocess. Detta unika system minskar föroreningar via en proprietär kolåtervinningsprocess. Därför ses det av många som ett av de bästa miljövänliga alternativen för dem som vill minska kolföroreningar på industriell skala.

Chart Industries har haft både uppgångar och nedgångar i år men anses fortfarande vara en stark ‘hold‘ av de flesta analytiker. Företaget har säkrat flera högprofilerade förvärv. Dessutom har det öppnat anläggningar i Asien, Indien, Australien, Europa och Sydamerika.

Chart Industries skulle kunna integrera denna låga kostnadsåtervinningsmetod för att minska avfall och förbättra sin resultat. Efterfrågan på GTLS-aktien kan öka under de kommande veckorna och månaderna tack vare dessa utvecklingar och företagets nya produkter och tjänster. För närvarande har GTLS ett börsvärde på 7,09 miljarder dollar med en YTD‑avkastning på 21,48 %.

Soldriven vätgas – Framtiden

Att skapa vätgas och andra värdefulla industriella föreningar med hjälp av solpaneler är en spelväxlare. Dessa teknologier kan samverka för att förbättra grön tillverkning. För närvarande, medan dessa teknologier fortfarande är på väg att nå allmänheten, är det bästa alternativet att hantera och minska ditt avfall på ett ansvarsfullt sätt.

Läs om andra spännande energiprojekt projekt.

Studierreferens:

^{1. Hourtoule, M., Trienes, S., & Ackermann, L. (2024). Anodisk råvarupolymeråtervinning: Sammanslagningen av järn‑elektrokatalys med skalbar vätgasutvecklingsreaktion. Angewandte Chemie International Edition, 63(48), e202412689. https://doi.org/10.1002/anie.202412689}