Electrified Microwave-Driven Hydrogen and Carbon Nanomaterial Production from Catalytic Pyrolysis of Commodity Polymers

L'hydrogène est largement reconnu comme un candidat clé pour la transition vers un avenir énergétique durable, grâce à sa densité énergétique substantielle de 120 MJ/kg et à son potentiel de vecteur énergétique propre et polyvalent dans de nombreux secteurs, notamment les transports, l'industrie et la production d'électricité. À mesure que les systèmes énergétiques mondiaux s'éloignent des sources à forte intensité de carbone, la demande en hydrogène à faibles émissions devrait croître considérablement. Cependant, la quasi-totalité de la production actuelle d'hydrogène, environ 96 %, repose sur le reformage des combustibles fossiles, ce qui génère d'importantes émissions de dioxyde de carbone et compromet les avantages environnementaux de l'utilisation de l'hydrogène. Le développement de méthodes de production d'hydrogène sans carbone ou à bilan carbone négatif contribue aux objectifs climatiques et réduit la dépendance aux réserves fossiles en voie d'épuisement. Les déchets plastiques polymères, matière première peu explorée mais prometteuse, contiennent 8 à 14 % en poids d'hydrogène, une teneur comparable à celle des carburants conventionnels, comme l'essence. Compte tenu de l'important volume de déchets plastiques générés chaque année dans le monde et des défis environnementaux liés à leur élimination, la valorisation des déchets polymères pour la production d'hydrogène offre le double avantage d'atténuer les préoccupations écologiques et de proposer une approche durable et circulaire de la production d'hydrogène. Cette stratégie soutient des transitions énergétiques plus larges et s'aligne sur les engagements mondiaux en matière de neutralité carbone.

Abstract

Hydrogen is widely recognized as a key candidate for the transition to a sustainable energy future with its substantial energy density of 120 MJ/kg and its potential to serve as a clean, versatile energy carrier across multiple sectors, including transportation, industry, and power generation. As global energy systems move away from carbon-intensive sources, the demand for low-emission hydrogen is projected to grow significantly. However, nearly all current hydrogen production, approximately 96%, relies on fossil fuel reforming, which generates substantial carbon dioxide emissions and undermines the environmental benefits of hydrogen utilization. Developing carbon-free or carbon-negative hydrogen production methods supports climate goals and decreases reliance on depleting fossil reserves. One underexplored yet promising feedstock is polymeric plastic waste, which contains 8–14 wt% hydrogen, comparable to the hydrogen content of conventional fuels, for example, gasoline. Given the significant volume of plastic waste generated globally each year and the environmental challenges associated with its disposal, valorizing polymer waste for hydrogen production offers dual benefits of mitigating ecological concerns and providing a sustainable, circular approach to hydrogen generation. This strategy supports broader clean energy transitions and aligns with global net-zero carbon commitments.