Ali Hedayati

Production in situ d'hydrogène pur par reformage d'éthanol dans un réacteur catalytique à membrane: Dans ce travail, la production in-situ d'hydrogène (pur) à partir de vapo-reformage d’éthanol (ESR) dans un réacteur catalytique à membrane (MR) a été étudiée. Un mélange d'éthanol pur et distillé a été utilisé comme combustible. Le réacteur est constitué d’un catalyseur Pd-Rh/CeO2 et d’une membrane Pd-Ag: l’ensemble est désigné par « reformeur ». Les expériences sur ce reformeur ont été effectuées dans diverses conditions de fonctionnement: température, pression, débit de combustible et rapport molaire de l'eau-éthanol (rapportSC). La performance du réacteur catalytique à membrane (CMR) a été étudiée en termes de facteur de production d'hydrogène théorique, d’efficacité de production de l’hydrogène et de la part d’hydrogène récupérée. L’évaluation thermodynamique du reformeur a été présentée. L'analyse exergétique a été réalisée sur la base des résultats expérimentaux visant non seulement à comprendre la performance thermodynamique du reformeur, mais aussi d'introduire l'application de l'analyse exergétique dans les études CMRs. L'analyse exergétique a fourni des informations importantes sur l'effet des conditions d'exploitation et les pertes thermodynamiques, et a donné lieu à la compréhension des meilleures conditions de fonctionnement. Outre les évaluations expérimentales et thermodynamiques du reformeur, la simulation de la dynamique de la production d'hydrogène (perméation) a été effectuée comme la dernière étape pour étudier l'applicabilité d'un tel système dans le cadre d'une utilisation finale réelle, qui peut être l’alimentation d’une pile à combustible. La simulation présentée dans ce travail est semblable aux ajustements de débit d'hydrogène nécessaires pour régler la charge électrique d'une pile à combustible répondant à des besoins variables.

For every three people on the planet, there are approximately two Tonnes (Te) of plastic waste. We show that carbon recovery from polystyrene (PS) plastic is enhanced by the coaddition of solvents to grow carbon nanotubes (CNTs) by liquid injection chemical vapour deposition. Polystyrene was loaded up to 4 wt% in toluene and heated to 780 °C in the presence of a ferrocene catalyst and a hydrogen/argon carrier gas at a 1:19 ratio. High resolution transmission electron microscopy (HRTEM), scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA) and Raman spectroscopy were used to identify multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs). The PS addition in the range from 0 to 4 wt% showed improved quality and CNT homogeneity; Raman “Graphitic/Defective” (G/D) values increased from 1.9 to 2.3; mean CNT diameters increased from 43.0 to 49.2 nm; and maximum CNT yield increased from 11.37% to 14.31%. Since both the CNT diameters and the percentage yield increased following the addition of polystyrene, we conclude that carbon from PS contributes to the carbon within the MWCNTs. The electrical contact resistance of acid-washed Bucky papers produced from each loading ranged from 2.2 to 4.4 Ohm, with no direct correlation to PS loading. Due to this narrow range, materials with different loadings were mixed to create the six wires of an Ethernet cable and tested using iPerf3; the cable achieved up- and down- link speeds of ~99.5 Mbps, i.e., comparable to Cu wire with the same dimensions (~99.5 Mbps). The lifecycle assessment (LCA) of CNT wire production was compared to copper wire production for a use case in a Boeing 747-400 over the lifespan of the aircraft. Due to their lightweight nature, the CNT wires decreased the CO₂ footprint by 21 kTonnes (kTe) over the aircraft’s lifespan.

The global plastics crisis has recently focused scientists’ attention on finding technical solutions for the ever-increasing oversupply of plastic waste. Black plastic is one of the greatest contributors to landfill waste, because it cannot be sorted using industrial practices based on optical reflection. However, it can be readily upcycled into carbon nanotubes (CNTs) using a novel liquid injection reactor (LIR) chemical vapor deposition (CVD) method. In this work, CNTs were formed using black and white polystyrene plastics to demonstrate that off-the-shelf materials can be used as feedstock for growth of CNTs. Scanning electron microscopy analysis suggests the CNTs from plastic sources improve diameter distribution homogeneity, with slightly increased diameters compared with control samples. Slight improvements in quality, as determined by Raman spectroscopy of the D and G peaks, suggest that plastics could lead to increased quality of CNTs. A small device was constructed as a demonstrator model to increase impact and public engagement.