O echipă de ingineri britanici a creat un reactor care poate transforma plasticul în hidrogen, sugerând o reciclare utilă, dar costul e exorbitant

Problema reciclării plasticului e una din cele mai stringente din lume, din cauza cantităţilor uriaşe de plastic nou produs şi a cantităţilor încă foarte mici de plastic reciclat, dar şi a calităţii unei bune părţi din acest plastic de a deriva în particule foarte mici care ajung în locul nebănuite în natură şi în organismele vii. Tocmai de asta, până şi industria auto va avea în curând cote mai mari de plastic reciclat pe care vor trebui în mod obligatoriu să-l conţină maşinile. Oamenii de ştiinţă au tot conceput diverse procese de reciclare a plasticului, dar marea problemă a selecţia diverselor tipuri de plastic şi formarea unor procese care n-ar fi energofage sau scumpe. Ei bine, de curând o echipă de ingineri britanici de la renumita Universitate Cambridge a creat un reactor care poate transforma plasticul în hidrogen, oferind astfel o speranţă a unei rezolvări neaşteptat de utile a problemei reciclării plasticului, dar costul e deocamdată exorbitant.

Reactorul inginerilor nu are deocamdată un design frumos, fiind conceput pentru pură funcţionalitate şi testare a ideii şi proceselor chimice. Dar, dacă ar fi să ne imaginăm pentru o clipă că în viitor tehnologia ar fi pusă la punct cu reactoare industriale mari şi am putea recicla zeci de mii de tone de plastic pe zi în multiple locuri din lume, creând hidrogen în loc, pe care să-l folosim drept combustibil pentru maşini sau industrie, atunci acest proces, încă incipient acum, s-ar putea dovedi una din soluţiile geniale ale omenirii, care ar rezolva o problemă globală majoră.

La baza noului reactor stă procesul de fotoreformare solară, ceea ce în limbajul chimiei înseamnă reformarea unui compus organic cu ajutorul luminii solare şi a unui fotocatalizator. Procesul presupune că PET-urile şi alte tipuri de plastic trec iniţial printr-o tratare alcalină, care desface compuşii lor în etilen glicol (C₂H₆O₂) şi tereftalat (C₈H₆O₄). Astfel, se face uz de faptul că plasticele PET conţin legături esterice şi oxigen. Mai simplu spus, compuşii are formează plasticul au atomi preţioşi de hidrogen, au atomi de carbon dar şi oxigen, care poate ajuta la reacţii ulterioare pentru separarea atomilor de hidrogen.

Etilen glicolul de aici e partea cea mai importantă pentru următoarea etapă a procesulu. Într-o reacţie ideală de laborator, cu oxidare completă până la CO2, etilen glicolul tratat cu apă ar genera CO2 şi hidrogen, ca în reacţia C₂H₆O₂ + 2 H₂O —> 2 CO₂ + 5 H₂. Pe hârtie arată ca o reacţie ideală, care permite stocarea de CO2 şi separarea de hidrogen, dar în realitate e o reacţie energofagă, cu beneficiul că o mare parte din energia necesară în producţia aceste reacţii e stocată în hidrogenul rezultat. Totuşi, dacă privim reacţia în ansamblu, e una în care s-ar consuma energie şi apă în cantităţi mari cu beneficiul de a obţine reciclarea plasticului, iar o parte din energia consumată am obţine-o înapoi prin hidrogenul rezultat.

Totuşi, prin această reacţie se „reciclează” doar partea de etilen glicol din PET, nu şi cea de tereftalat, C₈H₆O₄. Iar din 1 kg de PET, etilen glicolul rezultat e cam 323 grame. Din cele 323 grade de etilen glicol s-a putea obţine 52 grame de hidrogen, care ar conţine cam 1,7 kWh de energie. Consumul de energie doar pentru această reacţie e de circa 0,35 kWh, dar diferenţa venind de la energia conţinută în etilen glicol. Şi apoi, trebuie adăugat şi efortul de separare a PET-urilor.

Totuşi, procesul celor de la Cambridge înlocuieşte această reacţie idealistă, care, în condiţii industriale are lor prin tratare cu abur pentru separarea de hidrogen cu acea foto reformare prin panouri, la temperatură joasă. Sistemul foloseşte un catalizator solid numit titanat de stronţiu dopat cu aluminiu cu un strat co-catalitic cobalt-zirconiu, iar fotocatalizatorii absorb fotonii. Aceşti fotoni reduc protonii şi îndepărtând câte un atom de hidrogen. Reacţia reală e mult mai complexă şi are şi etape intermediare, dar ideea generată e că panoul aplicat nu e unul fotovoltaic obişnuit, ci datorită straturilor de catalizatoare, absoarbe lumina solară iar aceşti fotoni captaţi generează direct separarea atomilor de hidrogen din etilen glicol.

Foto: Straturile panourilor aplicate în producţia de hidrogen

Procesul lasă, însă, tereftalaul neprocesat, ca eventuală materie primă rămasă pentru producţia altui plastic. Iar aici vine o disonanţă logică a acestui proces de la Cambridge. Când vrei să reciclezi plastic, practic partea cea mai complexă e să ai diversele categorii de plastic separate pentru procesare, iar la reciclarea de PET e nevoie să se obţină la final tereftalatul şi etilen glicolul. Ambii compuşi sunt materie primă pentru producţia de plastic nou, fiind nevoie doar de purificarea lor. Deci, dacă scopul e reciclarea de plastic vechi şi producţia de plastic nou, obţinerea acestor doi compuşi e scopul final, în timp ce în procesul Cambridge, se obţine la final doar un compus, în timp ce celălalt e trecut prin fotoreformare pentru a produce hidrogen. Însă asta lasă procesul de producţie a plasticului nou fără una din materiile prime necesare, care va trebui produsă de la zero, eventual din hidrocarburi.

Totuşi, inginerii britanici şi-au dorit să demonstreze că e posibil să producă şi hidrogen din plastic şi au construit reactorul lor cu panou de 1 metru pătrat. Acest reactor a folosit materie pretratată şi purificată pentru a se obţine un randament mai mare şi timp de 6 ore sub lumina soarelui, cu panoul de 1 metru pătrat, au fost produse 1,51 mmoli de hidrogen cu celuloză pretratată ca materie primă şi 5,24 mmoli cu glucoză ca materie primă. Asta înseamnă 3 mg de hidrogen în primul caz şi 10,6 mg în al doilea caz. Şi aici vorbim de materie primă cu densitate mai bună, care să demonstreze limitele superioare de productivitate.

Asta înseamnă că randamentul de utilizare a luminii solare care a ajuns pe panoul de 1 metru pătrat e de doar 0,01%. O cifră absolut infimă, care ar fi putut descalifica din start acest experiment.

Inginerii au făcut şi o analiză economică şi au ajuns la concluzia că în prezent, la randamentul obţinut de ei, costul de producţie a 1 kg de hidrogen ar fi de 460.000 lire! Iar un kg de hidrogen conţine 33 kWh de energie şi în el şi poate propulsa o maşină cu hidrogen pentru maxim 12-15 km. Un cost absurd de exorbitant, deci, care ne face să ne întrebăm cât se poate de serios de ce ar face cineva una ca asta, dacă se pot perfecţiona procese industriale de reciclare directă a plasticului, obţinând materie primă, fără a devia spre producţia de hidrogen.

Totuşi, inginerii britanici sugerează că ar fi mult loc de a îmbunătăţi randamentul şi costurile. Şi aici, în apărarea loc, putem aminti că la început şi panourile fotovoltaice simple aveau un cost exorbitante de producţie a electricităţii şi a panourilor propriu-zise. Când scriam despre primele panouri fotovoltaice din lume montate ca o instalaţie completă în Elveţia, menţionam că acestea aveau un cost atât de mare, încât la preţurile din anii 1980 costau 210.000 franci pentru 10 kW, iar dacă am luat în calcul inflaţia am vorbi de peste jumătate de milion de euro. Deci, de multe ori tehnologiile exorbitant de scumpe la început pot deveni viabile în timp.