كشفت دراسة جديدة ضمن جامعة “رايس” في هيوستن، تكساس، عن عملية تهدف إلى تحويل النفايات البلاستيكية إلى مادة الجرافين عالي القيمة، وبذلك تم اكتشاف طريقة جديدة لإنتاج الهيدروجين الذي يمكن أن يحدث تحولًا في الصناعات الناشئة. بالتالي، يقوم لك بتغيير مسار عملية إزالة الكربون المتوقعة بحلول عام 2030.
يمكن أن يكون هذا الإنجاز مفيداً للبيئة بشكلٍ كبير، حيث يتم إعادة تدوير النفايات البلاستيكية التي قارب حجمها 6.3 مليار طن حول العالم، فضلاً عن توفير غاز الهيدروجين عالي الإنتاجية الذي يمكن استخدامه كوقود نظيف، كل ذلك مع إنتاج الجرافين كمنتج نهائي يجعل العملية برمتها مجدية اقتصادياً بشكلٍ ضخم. تم تفصيل هذا الإنجاز في ورقة بحثية جديدة في “المواد المتقدمة”.
هل نقول وداعاً لتجمع النفايات البلاستيكية؟
حتى الآن، كانت عملية إنتاج الهيدروجين الأخضر “النظيف” باهظة الثمن نسبيًا (مقارنة بالوقود الأحفوري القابل للاحتراق)، مما يشكّل عائقًا رئيسيًا أمام الارتقاء بهذه الصناعة إلى نطاق تجاري. يتم بالفعل إنتاج الكثير من الهيدروجين واستخدامه في التطبيقات الصناعية، إلا أن جزءًا صغيرًا منه هو الهيدروجين الرمادي، أو الهيدروجين المنتج من الوقود الأحفوري بما في ذلك الفحم والغاز. يتم إنتاج الهيدروجين الأخضر من الطاقات النظيفة، ولا يمثل سوى شريحة صغيرة من سوق الهيدروجين الحالي.
ولكن، إذا تم إنتاج الهيدروجين الأخضر كمنتج ثانوي لإنتاج الجرافين، فإن الوقود النظيف يدفع تكاليفه بنفسه ــ ويظل يحقق أرباحا كبيرة. وقال كيفن ويس، الذي قاد البحث الرائد في جامعة رايس، في مقال: “لقد قمنا بتحويل نفايات البلاستيك – بما في ذلك نفايات البلاستيك المختلطة التي لا يلزم فرزها حسب النوع أو غسلها – إلى غاز هيدروجين عالي الإنتاجية وجرافين عالي القيمة”. ثم تابع: “إذا تم بيع الجرافين المنتج بنسبة 5% فقط من القيمة السوقية الحالية – أي خصم بنسبة 95% – فيمكن إنتاج الهيدروجين النظيف مجانًا”. وبطبيعة الحال، ستظل العملية بحاجة إلى أن تكون مدعومة بالطاقات المتجددة حتى يصبح الهيدروجين المنتج “أخضر”.
تتضمن تلك العملية تقنية تسمى تسخين الجول السريع، والتي تم تطويرها في جامعة رايس. “إنها تتضمن طحن البلاستيك إلى قطع بحجم قصاصات الورق، وخلطها بمادة موصلة، ووضعها في أنبوب، ثم تمرير جهد عالي جدًا من خلالها”، حسبما أفاد Singularity Hub مؤخرًا. “يؤدي هذا إلى تسخين الخليط إلى حوالي 5000 درجة فهرنهايت في 4 ثوانٍ فقط، مما يتسبب في اندماج ذرات الكربون الموجودة في البلاستيك معًا لتكوين الجرافين وإطلاق مزيج من الغازات المتطايرة”. ومن بين هذه الغازات، كانت هناك كمية كبيرة من الهيدروجين النقي للغاية. علاوة على ذلك، بما أن كل الكربون الموجود في الغازات يتحول إلى جرافين، فإن العملية لا تطلق أي ثاني أكسيد الكربون.
على الرغم من بدايتها البطيئة، فإن صناعة الهيدروجين الأخضر تبدو واعدة جداً فيما يخص الجهود العالمية لإزالة الكربون، حيث يمكن استخدامها في الصناعات التي يصعب تنظيفها بشكل خاص، مثل صناعة الصلب والشحن. على عكس الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، يمكن استخدام الهيدروجين كمصدر وقود قابل للاحتراق، مما يعني أنه يمكن أن يحل محل الوقود الأحفوري في الأفران الصناعية، ولا يترك وراءه سوى بخار الماء عند حرقه.
من الصعب المبالغة في تقدير الآثار المحتملة لاستبدال واسع النطاق في التطبيقات الصناعية عالية الحرارة. حيث كتبت بلومبرج جرين العام الماضي في تقرير: “إن استبدال الوقود الأحفوري المستخدم الآن في الأفران التي تصل درجة حرارتها إلى 1500 درجة مئوية (2732 درجة فهرنهايت) بغاز الهيدروجين يمكن أن يحدث انخفاضًا كبيرًا في 20% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية التي تأتي الآن من الصناعة”. بعنوان “لماذا يعتبر الهيدروجين هو الشيء الأكثر سخونة في الطاقة الخضراء؟”.
ومع ذلك، في حين يبدو أن تحويل كل هذه الصناعات الثقيلة إلى الهيدروجين الأخضر في أقرب وقتٍ ممكن سيكون بمثابة فوز واضح للبيئة، فإن الواقع ليس بهذه البساطة. يتطلب إنتاج الهيدروجين الأخضر كميات هائلة من الطاقة النظيفة التي يمكن استخدامها بشكل أفضل في تطبيقات أُخرى. حيث يحذر تقرير صادر عن الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA) لعام 2022 من “الاستخدام العشوائي للهيدروجين”، محذرًا صناع السياسات من اعتبار أن الإفراط في استخدام الهيدروجين الأخضر “قد لا يتماشى مع متطلبات عالم خالٍ من الكربون”. وعلى هذا النحو، فإن تحويل الكثير من الطاقة الخضراء نحو إنتاج الهيدروجين يمكن أن يؤدي في الواقع إلى إبطاء حركة إزالة الكربون ككل.
ولذلك، يجب تقييم نطاق الهيدروجين الأخضر من خلال تحليل دقيق للتكلفة والعائد في سياقات مختلفة. لكن التخلص الإضافي من النفايات البلاستيكية، وتوليد الإيرادات، يضيف بالتأكيد ثروة من الفوائد الجديدة إلى القائمة.
