هل ستصبح النفايات البلاستيكية منجم ذهب لصناعة الهيدروجين النظيف؟

كشفت دراسة ركزت على تحويل النفايات البلاستيكية إلى جرافين عالي القيمة عن ‏طريقة جديدة لإنتاج الهيدروجين الذي يمكن أن يحول الصناعة الناشئة، وعلى ‏نطاق أوسع، يغير بشكل إيجابي مسارات إزالة الكربون المتوقعة. يمكن أن يكون ‏هذا الإنجاز مربحًا للبيئة، حيث يتم إعادة تدوير النفايات البلاستيكية - التي يمتلك ‏العالم منها حوالي 6.3 مليار طن - مع توفير غاز الهيدروجين عالي الإنتاجية الذي ‏يمكن استخدامه كوقود نظيف، كل ذلك أثناء إنتاج الجرافين كمنتج نهائي يجعل ‏العملية برمتها مجدية اقتصاديًا. تم تفصيل هذا الاختراق في ورقة جديدة في المواد ‏المتقدمة.

وحتى الآن، كانت العملية الباهظة الثمن نسبيًا لإنتاج الهيدروجين الأخضر (مقارنة ‏بالوقود الأحفوري القابل للاحتراق) تشكل عائقًا رئيسيًا أمام الارتقاء بالصناعة إلى ‏نطاق تجاري. في حين 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 ــ ويظل يحقق أرباحا كبيرة. "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،" كيفن ‏ويس، الذي قاد البحث الرائد في جامعة رايس ، وقال في بيان صحفي. "إذا تم بيع ‏الجرافين المنتج بنسبة 5 في المائة فقط من القيمة السوقية الحالية - أي خصم بنسبة ‏‏95 في المائة - فيمكن إنتاج الهيدروجين النظيف مجانًا." وبطبيعة الحال، ستظل ‏العملية بحاجة إلى أن تكون مدعومة بالطاقات المتجددة حتى يصبح الهيدروجين ‏المنتج "أخضر".‏

وتتضمن العملية تقنية تسمى التسخين الوميض الجول، والتي تم تطويرها في ‏رايس. "إنها تتضمن طحن البلاستيك إلى قطع بحجم قصاصات الورق، وخلطها ‏مع مادة موصلة، ووضعها في أنبوب، ومن ثم تمرير جهد عالي جدًا عبرها"، ‏حسبما أفاد موقع ‏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. ‏‎

وعلى الرغم من بدايتها البطيئة، فإن صناعة الهيدروجين الأخضر تحمل وعدًا ‏كبيرًا للجهود 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 ذات الحرارة العالية. وكتبت ‏بلومبرج جرين: "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". العام الماضي في تقرير بعنوان ‏‏"لماذا يعتبر الهيدروجين أهم شيء في الطاقة الخضراء".‏

ومع ذلك، في حين يبدو أن تحويل كل هذه الصناعات الثقيلة إلى الهيدروجين ‏الأخضر في أقرب وقت ممكن سيكون بمثابة فوز واضح للبيئة، فإن الواقع ليس ‏بهذه البساطة. يتطلب إنتاج الهيدروجين الأخضر كميات هائلة من الطاقة النظيفة ‏والتي يمكن استخدامها بشكل أفضل في تطبيقات أخرى. حذر تقرير صادر عن ‏الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (إيرينا) 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. ‏‎

لذلك، 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. ‏‎