I ricercatori hanno scoperto un nuovo modo per trasformare la cellulosa in membrane di carbonio nanoporose in un unico passaggio. Credito:(Grafica per gentile concessione dell'Oregon State University)
Sulla base di una fondamentale scoperta chimica degli scienziati dell'Oregon State University, sembra che gli alberi possano presto svolgere un ruolo importante nella realizzazione di dispositivi di accumulo di energia ad alta tecnologia.
I chimici dell'OSU hanno scoperto che la cellulosa - il polimero organico più abbondante sulla Terra e un componente chiave degli alberi - può essere riscaldata in una fornace in presenza di ammoniaca, e trasformato negli elementi costitutivi dei supercondensatori.
Questi supercondensatori sono straordinari, dispositivi energetici ad alta potenza con un'ampia gamma di applicazioni industriali, in tutto, dall'elettronica alle automobili e all'aviazione. Ma il loro uso diffuso è stato frenato principalmente dal costo e dalla difficoltà di produrre elettrodi di carbonio di alta qualità.
Il nuovo approccio appena scoperto nello stato dell'Oregon può produrre sostanze drogate con azoto, membrane di carbonio nanoporose – gli elettrodi di un supercondensatore – a basso costo, rapidamente, in un processo rispettoso dell'ambiente. L'unico sottoprodotto è il metano, che potrebbe essere utilizzato immediatamente come combustibile o per altri scopi.
"La facilità, la velocità e le potenzialità di questo processo sono davvero entusiasmanti, " disse Xiulei (David) Ji, un assistente professore di chimica presso l'OSU College of Science, e autore principale di uno studio che annuncia la scoperta in Nano lettere , una rivista dell'American Chemical Society. La ricerca è stata finanziata dall'OSU.
La cellulosa degli alberi raccolti potrebbe presto diventare la base di dispositivi di accumulo di energia ad alta tecnologia. Credito:USDA
"Per la prima volta abbiamo dimostrato che è possibile far reagire la cellulosa con l'ammoniaca e creare queste membrane di carbonio nanoporose drogate con N, Ji ha detto. "E 'sorprendente che una tale reazione di base non è stata segnalata prima. Non ci sono solo applicazioni industriali, ma questo apre una nuova area scientifica, studio di agenti riducenti per l'attivazione del carbonio.
"Prenderemo legno economico e lo trasformeremo in un prezioso prodotto ad alta tecnologia, " Egli ha detto.
Queste membrane di carbonio su scala nanometrica sono straordinariamente sottili:un singolo grammo di esse può avere una superficie di quasi 2, 000 metri quadrati. Questo fa parte di ciò che li rende utili nei supercondensatori. E il nuovo processo utilizzato per farlo è una reazione in un unico passaggio, veloce e poco costosa. Inizia con qualcosa di semplice come una carta da filtro in cellulosa, concettualmente simile al filtro di carta usa e getta in una caffettiera.
L'esposizione al calore elevato e all'ammoniaca converte la cellulosa in un materiale di carbonio nanoporoso necessario per i supercondensatori, e dovrebbe consentire loro di essere prodotti, in massa, più economico di prima.
Un supercondensatore è un tipo di dispositivo di accumulo di energia, ma può essere ricaricato molto più velocemente di una batteria e ha molta più potenza. Sono principalmente utilizzati in qualsiasi tipo di dispositivo in cui l'accumulo di energia rapido e breve, ma è necessario un potente rilascio di energia.
I supercondensatori possono essere utilizzati nei computer e nell'elettronica di consumo, come il flash di una fotocamera digitale. Hanno applicazioni nell'industria pesante, e sono in grado di alimentare qualsiasi cosa, da una gru a un carrello elevatore. Un supercondensatore può catturare energia che altrimenti andrebbe sprecata, come nelle operazioni di frenata. E le loro capacità di accumulo di energia possono aiutare a "smussare" il flusso di energia dai sistemi energetici alternativi, come l'energia eolica.
Possono alimentare un defibrillatore, aprire gli scivoli di emergenza su un aereo e migliorare notevolmente l'efficienza delle automobili elettriche ibride.
Oltre ai supercondensatori, i materiali di carbonio nanoporoso hanno anche applicazioni nell'assorbimento di inquinanti gassosi, filtri ambientali, trattamento dell'acqua e altri usi.
"Ci sono molte applicazioni dei supercondensatori in tutto il mondo, ma in questo momento il campo è vincolato dal costo, " Ji ha detto. "Se usiamo questo molto velocemente, processo semplice per rendere questi dispositivi molto meno costosi, potrebbero esserci enormi vantaggi".
