Наука2 април 2020

Светкавичното превръщане на отпадъци в съкровище

Процесът пази околната среда и превръща отпадъчни продукти в материал, който укрепва бетон

снимка: iStock

Химикът от лабораторията на Университета Райс – Джеймс Тур представя нов метод, който превръща големи количества от почти всеки въглероден източник в малки пластинки графен. Процесът е евтин и бърз, а Тур разказва, че техниката „светкавичен графен“ може да преобразува тон въглища, хранителни отпадъци или пластмаса за малка част от цената, нужна за производство на прахообразен графен.

Според него това е голямо откритие, тъй като в световен мащаб се изхвърлят 30-40% от храната и огромно количество пластмаса, а всеки твърд въглероден материал може да се превърне в графен. Светкавичният (флаш) графен се получава за 10 милисекунди след нагряване на съдържащи въглерод суровини на около 2800 градуса по целзий, а суровина могат да бъдат също въглища, петролен кокс, талашит и всякакви пластмасови изделия. Търговската цена на графена в момента варира между 67 000 и 200 000 долара и това кара перспективите на този нов метод да изглеждат чудесно според Тур, който пояснява, че наличието на едва 0,1% мигновен графен в бетонови смеси може да намали колосалните им щети върху природата с 1/3.

Укрепването на бетона по този начин би намалило количеството му, което води до по-ниски разходи за производство и транспорт. „По същество ние улавяме газове като въглероден диоксид и метан от отпадъците, които иначе биха ги освободили на сметищата. Превръщаме ги в графен, а него добавяме в бетона, намалявайки количеството въглероден диоксид, генерирано при получаването на бетон. Един екологичен сценарий, в който всички страни печелят", пояснява Джеймс Тур.

Става ясно, че превръщането на боклука в съкровище лежи в основите на кръговата икономика. В миналото графенът е бил твърде скъп, за да се използва в строителството, но с помощта на този нов, светкавичен метод, цената ще бъде значително по-ниска, спомагайки в голяма степен и за справянето с отпадъците. С тази система въглеродът става фиксиран и не навлиза повече във въздуха.

Процесът превръща твърдия въглерод в графен за бетон, асфалт, сгради, коли, дрехи и др. Насипните композитни смеси на графен с пластмаса, метали, шперплат, бетон и други строителни материали биха били главният пазар на светкавичния графен според учените, изпробвали бетон и пластмаса, смесени с графен.

Малко повече за процедурата
Всичко се случва в специално проектиран реактор, който загрява материала, поставен вътре и изхвърля невъглеродните елементи под формата на газ. Реакцията произвежда много малко топлина, а цялата излишна енергия излиза като светлина под формата на ярка светкавица. Това, че в процеса не са включени разтворители, го прави изключително чист и щадящ атмосферата.
Интересен факт е, че при старта на този опит учените не са очаквали да получат вече познатия графен, а да открият нови фази на нагретия материал. Но бързо станало ясно, че процедурата не произвежда нищо друго, освен висококачествен графен. Температурата е ключов фактор за бързото образуване на материала. Всъщност се получава ускорение на бавния геоложки процес, в който въглеродът се превръща в своето основно състояние - графит и в точния момент топлинният скок се спира на етап графен.

Тур се надява да произвежда килограм от ценния материал на ден в продължение на две години в проект на американското министерство на енергетиката за преобразуване на въглища. „Това би могло евтино да преобразува огромно количество въглища в много по-високостойностен строителен материал." заключва той.

Накратко за графена
Той е прозрачен материал, открит през 2012 г., разновидност на въглерода и най-добрият проводник на топлина и електричество, познат на човечеството. Графенът едновременно е най-твърдият и най-гъвкавият материал на планетата, а с един лист с тегло около 28 грама могат да се покрият 28 футболни игрища. Всички тези впечатляващи характеристики плюс факта, че е 200 пъти по-здрав от стоманата са причина на него да се възлагат огромни надежди в света на технологичния прогрес. Предвижда се включването му в изработката на свръхиздръжливи батерии, изключително компактни, тънки и гъвкави устройства, сензорни дисплеи и много други.

Бананова обелка, превърната в графен може значително да намали вредите от бетона и други строителни материали върху околната среда.

Източник