Plastový odpad jako zdroj energie budoucnosti? Nová metoda vyrábí čistý vodík bez složitého třídění

Plastový odpad patří k největším ekologickým problémům současnosti. Vodík je naopak často označován za jednoho z hlavních kandidátů na čisté palivo budoucnosti. Vědcům se nyní podařilo oba tyto světy propojit.

Vyvinuli technologii, která dokáže přímo přeměnit směsný plastový odpad na vysoce čistý vodík – a to bez nutnosti plast nejprve třídit podle jednotlivých druhů.

Právě nákladné a časově náročné třídění přitom představuje jednu z hlavních překážek současné recyklace. Odhaduje se, že dnes se recykluje pouze asi devět procent veškerého plastového odpadu.

Na výzkumu spolupracovali odborníci z Kalifornské univerzity v Los Angeles (UCLA) a jihokorejských institucí. Podle autorů studie, publikované v odborném časopise Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), může jejich technologie současně pomoci řešit dva naléhavé globální problémy – narůstající množství plastového odpadu i potřebu vyrábět vodík s co nejnižší uhlíkovou stopou.

Jak proměnit plast ve vodík

Nová metoda nese označení alkaline thermal treatment (ATT), tedy alkalické tepelné zpracování. Využívá hydroxid sodný a zvýšenou teplotu, které společně spouštějí chemické reakce vedoucí k uvolňování vodíku z plastů.

Nejde přitom o úplně novou technologii. Část stejného výzkumného týmu ji již dříve vyvinula pro výrobu vysoce čistého vodíku z mořských řas. Nyní ji úspěšně přizpůsobili mnohem složitějšímu materiálu – směsi běžného plastového odpadu.

V experimentech vědci použili směs tří nejrozšířenějších plastů:

• polyethylentereftalát (PET), známý například z nápojových lahví,
• polyethylen (PE), z něhož se vyrábějí tašky či fólie,
• polypropylen (PP), používaný například v obalech nebo brčkách.

Přestože šlo o netříděnou směs různých plastů, z nichž se běžně vyrábějí nápojové lahve, nákupní tašky, potravinové obaly nebo plastová brčka – tedy o jedny z nejčastějších zdrojů plastového odpadu, podařilo se vyrobit vodík s čistotou přesahující 90 %.

Současné technologie recyklace i chemického zpracování plastů většinou vyžadují pečlivé oddělení jednotlivých druhů polymerů. Každý plast se totiž při zahřívání a chemických reakcích chová jinak. Směsný odpad proto výrazně snižuje účinnost procesů a zvyšuje jejich cenu.

Právě odstranění této překážky je jednou z největších předností nové technologie. Pokud není nutné plasty předem rozdělovat, celý proces se výrazně zjednodušuje a zlevňuje. To by v budoucnu mohlo zvýšit ekonomickou atraktivitu využívání plastového odpadu jako suroviny.

Nižší spotřeba energie i méně emisí

Další významnou předností technologie ATT je nižší provozní teplota. Oproti běžným metodám výroby vodíku probíhá celý proces při teplotách zhruba o 300 až 400 °C nižších. Díky tomu spotřebuje méně energie a v budoucnu by mohl přispět i ke snížení provozních nákladů.

Ještě významnější je ale způsob nakládání s uhlíkem obsaženým v plastech. U běžných metod se většina uhlíku mění na oxid uhličitý, který uniká do atmosféry. Nový proces však přibližně 75 % uhlíku zachytí v pevné formě, místo aby se přeměnil na CO₂.

Podle autorů studie právě výrazné omezení přímých emisí oxidu uhličitého činí tuto technologii z environmentálního hlediska zajímavější než řadu dosavadních postupů.

Ne všechny plasty reagují stejně snadno. Zvláště polyethylen a polypropylen obsahují velmi málo kyslíku, což z nich činí chemicky mimořádně odolné materiály.

Výzkumníci je proto před samotným zpracováním upravili. Plasty nejprve zahřáli a částečně oxidovali, čímž do jejich polymerních řetězců zabudovali nové atomy kyslíku. Díky tomu se materiál stal mnohem reaktivnějším a následná výroba vodíku byla výrazně účinnější. Právě tato úprava pomohla překonat jednu z hlavních překážek, se kterou se dosavadní technologie při zpracování směsných plastů potýkají.

Laboratorní úspěch nestačí

Přestože výsledky vypadají velmi slibně, cesta ke komerčnímu využití bude ještě dlouhá. Dosavadní experimenty probíhaly pouze na velmi malých laboratorních vzorcích plastů.

Dalším krokem proto bude výrazné navýšení měřítka procesu. Výzkumníci chtějí optimalizovat podmínky reakce tak, aby se podařilo zvýšit výtěžnost vodíku, dále snížit emise uhlíku a současně zachovat relativně nízké provozní teploty. Teprve poté bude možné posoudit, zda lze technologii ekonomicky využít v průmyslovém měřítku.

Může plast nahradit zemní plyn?

Vodík je často označován za čisté palivo, protože při jeho využití vzniká pouze vodní pára. Jeho skutečný přínos pro klima však závisí především na způsobu výroby.

Dnes se naprostá většina světové produkce vodíku vyrábí ze zemního plynu prostřednictvím energeticky náročných procesů, které uvolňují značné množství oxidu uhličitého. Proto se intenzivně hledají alternativní způsoby výroby s nižší uhlíkovou stopou.

Pokud se podaří technologii ATT převést do průmyslového provozu, mohla by představovat zajímavou alternativu. Místo fosilního paliva by totiž jako vstupní surovina sloužil plastový odpad, přičemž značná část uhlíku by byla zachycena v pevné formě. Technologie by tak současně podporovala rozvoj vodíkové ekonomiky i principů cirkulární ekonomiky, v níž se odpad stává cennou surovinou místo materiálu určeného ke skládkování nebo spalování.