(Jeff Fitlow/Rice University) Forskere har udviklet en ny teknik til at forvandle næsten alt kulstofbaseret affald – fra bananskind til bildæk – til grafen flager, en proces, der kan give enormt positive miljøpåvirkninger.
'Flash graphene'-teknikken er hurtig og billig og involverer opvarmning af affaldsprodukter til 3.000 Kelvin (2.727 grader Celsius eller 4.940 grader Fahrenheit). Det bryder kulstofbindingerne inde i målmaterialerne, som derefter rekonstrueres som grafen på blot millisekunder.
Dette giver os ikke kun måder at gøre brug af affald, der ellers ville blive smidt ud, men det er en effektiv og billig måde atfremstilling af grafen, som derefter kan bruges på en række miljøvenlige måder.
'Dette er en stor sag' siger kemiker James Tour fra Rice University. 'Verden smider 30 procent til 40 procent af al mad ud, fordi det går dårligt, og plastikaffald er af verdensomspændende bekymring.'
'Vi har allerede bevist, at ethvert fast kulstofbaseret materiale, inklusive blandet plastikaffald og gummidæk, kan omdannes til grafen.'
Eksisterende grafenproducerende processer resulterer i enten grafen af lav kvalitet eller grafen af høj kvalitet i lave mængder. Her har forskerne været i stand til at udvikle en teknik, der får en ordentlig mængde af de gode ting på hurtigere tid og til en lavere pris.
I centrum af operationen er en metode kendt som Joule opvarmning , hvor et hurtigt stød af elektricitet bruges til at generere intens varme. Det er en proces, der tidligere er blevet brugt af forskere til at skabe metal nanopartikler.
Hvis grafen kan fremstilles billigt, så betyder det, at det kan bruges flere steder - til at hjælpe i produktionen af biler eller tøj, for eksempel, eller i cement til at binde beton (en proces, der er ansvarlig for omkring 8 pct af menneskeskabt CO2 hvert år).
'Ved at styrke beton med grafen kunne vi bruge mindre beton til at bygge, og det ville koste mindre at fremstille og mindre at transportere,' siger Tour . 'I bund og grund fanger vi drivhusgasser som kuldioxid og metan, som madspild ville have udledt på lossepladser.'
'Vi omdanner disse kulstoffer til grafen og tilføjer den grafen til beton, og derved sænker mængden af kuldioxid, der genereres ved betonfremstilling. Det er et win-win miljøscenarie ved hjælp af grafen.'
Den skitserede teknik kan hjælpe med at omdanne materialer som madaffald, plastikaffald, petroleumskoks, kul, træafklip og biokul til værdifuld grafen, siger forskerne. Det skal også være relativt nemt at skalere op.
Det er temperaturen, der er nøglen – det fremskynder i det væsentlige udviklingen af kulstof til dets grafitgrundtilstand, men stopper også denne udvikling på det helt rigtige tidspunkt for at høste grafen af høj kvalitet.
Der kræves ingen opløsningsmidler eller kemiske tilsætningsstoffer til processen, og ikke-kulstofelementer frigives som gas. Desuden producerer processen meget lidt overskudsvarme, og den indeholdende enhed er kølig at røre ved blot et par sekunder efter.
Grafen har allerede bevist sit værd i et væld af applikationer, der dækkerelektronik, fremstilling ogoprydning af forurenende stoffer. Nu kan forskerne fremstille det til en lavere pris, mens de genbruger materialer, der ellers ville gå til spilde.
'At gøre skrald til skat er nøglen til den cirkulære økonomi,' siger materialeforsker Rouzbeh Shahsavari fra Rice University.
Forskningen er publiceret i Natur .