Quella buccia di banana, trasformato in grafene, può contribuire a facilitare una massiccia riduzione dell'impatto ambientale del calcestruzzo e di altri materiali da costruzione. Già che ci sei, gettare in quei vuoti di plastica.

Un nuovo processo introdotto dal laboratorio del chimico James Tour della Rice University può trasformare grandi quantità di qualsiasi fonte di carbonio in preziosi fiocchi di grafene. Il processo è rapido ed economico; Tour ha detto che la tecnica del "grafene flash" può convertire una tonnellata di carbone, rifiuti alimentari o plastica in grafene per una frazione del costo utilizzato da altri metodi di produzione di grafene sfuso.

"Questo è un grosso problema, " Tour ha detto. "Il mondo butta dal 30% al 40% di tutto il cibo, perché va male, e i rifiuti di plastica sono una preoccupazione mondiale. Abbiamo già dimostrato che qualsiasi materia solida a base di carbonio, compresi rifiuti di plastica misti e pneumatici in gomma, può essere trasformato in grafene."

Come riportato in Natura , il grafene flash viene prodotto in 10 millisecondi riscaldando materiali contenenti carbonio a 3, 000 Kelvin (circa 5, 000 gradi Fahrenheit). Il materiale di partenza può essere quasi qualsiasi cosa con contenuto di carbonio. Spreco di cibo, rifiuti di plastica, coke di petrolio, carbone, ritagli di legno e biochar sono i primi candidati, Tour ha detto. "Con l'attuale prezzo commerciale del grafene di $ 67, 000 a $ 200, 000 per tonnellata, le prospettive per questo processo sembrano superbe, " Egli ha detto.

Tour ha affermato che una concentrazione di appena lo 0,1% di flash grafene nel cemento utilizzato per legare il calcestruzzo potrebbe ridurre di un terzo il suo enorme impatto ambientale. Secondo quanto riferito, la produzione di cemento emette fino all'8% di anidride carbonica prodotta dall'uomo ogni anno.

"Rafforzando il cemento con il grafene, potremmo usare meno cemento per costruire, e costerebbe meno fabbricare e meno trasportare, " ha detto. "Essenzialmente, stiamo intrappolando i gas serra come l'anidride carbonica e il metano che il cibo di scarto avrebbe emesso nelle discariche. Stiamo convertendo quei carboni in grafene e aggiungendo quel grafene al cemento, riducendo così la quantità di anidride carbonica generata nella produzione del calcestruzzo. È uno scenario ambientale vantaggioso per tutti che utilizza il grafene".

"Trasformare la spazzatura in un tesoro è la chiave dell'economia circolare, " ha detto l'autore corrispondente Rouzbeh Shahsavari, un assistente professore a contratto di ingegneria civile e ambientale e di scienza dei materiali e nanoingegneria alla Rice e presidente di C-Crete Technologies. "Qui, il grafene agisce sia come modello 2-D che come agente rinforzante che controlla l'idratazione del cemento e il successivo sviluppo della forza".

Nel passato, Tour ha detto, "Il grafene è stato troppo costoso da utilizzare in queste applicazioni. Il processo flash ridurrà notevolmente il prezzo mentre ci aiuta a gestire meglio i rifiuti".

"Con il nostro metodo, che il carbonio si fissa, " disse. "Non entrerà più nell'aria."

Il processo si allinea perfettamente con l'iniziativa Carbon Hub recentemente annunciata da Rice per creare un futuro a zero emissioni che riutilizza gli idrocarburi dal petrolio e dal gas per generare idrogeno e carbonio solido con zero emissioni di anidride carbonica. Il processo flash del grafene può convertire quel carbonio solido in grafene per il calcestruzzo, asfalto, edifici, macchine, abbigliamento e altro, Tour ha detto.

Riscaldamento Flash Joule per grafene sfuso, sviluppato nel laboratorio Tour dallo studente laureato Rice e autore principale Duy Luong, migliora tecniche come l'esfoliazione dalla grafite e la deposizione chimica da vapore su una lamina di metallo che richiedono molto più sforzo e costi per produrre solo un po' di grafene.

Anche meglio, il processo produce grafene "turbostratico", con strati disallineati facili da separare. "Grafene impilato A-B da altri processi, come l'esfoliazione della grafite, è molto difficile da smontare, " Tour ha detto. "Gli strati aderiscono fortemente insieme.

Ma il grafene turbostratico è molto più facile da lavorare perché l'adesione tra gli strati è molto più bassa. Si separano semplicemente in soluzione o mescolando in compositi.

"È importante, perché ora possiamo far interagire ciascuno di questi strati a singolo atomico con un composito ospite, " Egli ha detto.

Il laboratorio ha notato che i fondi di caffè utilizzati sono stati trasformati in fogli di grafene monostrato incontaminati.

Compositi sfusi di grafene con plastica, metalli, compensato, calcestruzzo e altri materiali da costruzione sarebbero un mercato importante per il grafene flash, secondo i ricercatori, che stanno già testando cemento e plastica arricchiti con grafene.

Il processo flash avviene in un reattore progettato su misura che riscalda rapidamente il materiale ed emette tutti gli elementi non carboniosi sotto forma di gas. "Quando questo processo è industrializzato, elementi come ossigeno e azoto che escono dal reattore flash possono essere tutti intrappolati come piccole molecole perché hanno valore, " Disse Giro.

Ha detto che il processo flash produce pochissimo calore in eccesso, incanalando quasi tutta la sua energia nel bersaglio. "Pochi secondi dopo puoi mettere il dito sul contenitore, "Ha detto Tour. "E tieni presente che questo è quasi tre volte più caldo dei forni a deposizione chimica da vapore che usavamo in passato per fare il grafene, ma nel processo flash il calore è concentrato nel materiale di carbonio e nessuno in un reattore circostante.

"Tutta l'energia in eccesso esce come luce, in un lampo luminosissimo, e poiché non ci sono solventi, è un processo super pulito, " Egli ha detto.

Luong non si aspettava di trovare il grafene quando ha acceso il primo dispositivo su piccola scala per trovare nuove fasi del materiale, iniziando con un campione di nerofumo. "Questo è iniziato quando ho dato un'occhiata a un articolo di Science che parlava del riscaldamento flash Joule per produrre nanoparticelle di metalli a cambiamento di fase, " ha detto. Ma Luong si è subito reso conto che il processo non produceva altro che grafene di alta qualità.

Le simulazioni a livello di atomi del ricercatore e coautore di Rice Ksenia Bets hanno confermato che la temperatura è la chiave per la rapida formazione del materiale. "In sostanza, acceleriamo il lento processo geologico mediante il quale il carbonio evolve verso il suo stato fondamentale, grafite, " ha detto. "Notevolmente accelerato da un picco di calore, è anche fermato al momento giusto, allo stadio di grafene.

"È incredibile come le simulazioni al computer all'avanguardia, notoriamente lento per osservare tale cinetica, rivelano i dettagli dei movimenti e delle trasformazioni atomiche modulati ad alta temperatura, "Ha detto scommesse.

Tour spera di produrre un chilogrammo (2,2 libbre) al giorno di flash grafene entro due anni, a partire da un progetto recentemente finanziato dal Dipartimento dell'Energia per convertire il carbone di provenienza statunitense. "Questo potrebbe fornire uno sbocco per il carbone su larga scala convertendolo a buon mercato in un materiale da costruzione di valore molto più elevato, " Egli ha detto.