Esa cáscara de plátano convertido en grafeno, puede ayudar a facilitar una reducción masiva del impacto ambiental del hormigón y otros materiales de construcción. Mientras estás en eso arroje esos envases de plástico vacíos.

Un nuevo proceso introducido por el laboratorio del químico James Tour de la Universidad de Rice puede convertir grandes cantidades de casi cualquier fuente de carbono en valiosos copos de grafeno. El proceso es rápido y económico; Tour dijo que la técnica de "flash grafeno" puede convertir una tonelada de carbón, residuos de alimentos o plástico en grafeno por una fracción del costo utilizado por otros métodos de producción de grafeno a granel.

"Este es un gran problema, ", Dijo Tour." El mundo tira del 30% al 40% de toda la comida, porque va mal y los desechos plásticos son una preocupación mundial. Ya hemos demostrado que cualquier materia sólida a base de carbono, incluidos los residuos plásticos mixtos y los neumáticos de caucho, se puede convertir en grafeno ".

Como se informó en Naturaleza , El grafeno flash se produce en 10 milisegundos calentando materiales que contienen carbono a 3, 000 Kelvin (alrededor de 5, 000 grados Fahrenheit). El material de origen puede ser casi cualquier cosa con contenido de carbono. Desechos alimentarios, desperdicios plásticos, coque de petróleo, carbón, los recortes de madera y el biocarbón son los principales candidatos, Tour dijo. "Dado que el precio comercial actual del grafeno es de 67 dólares, 000 a $ 200, 000 por tonelada, las perspectivas de este proceso son excelentes, " él dijo.

Tour dijo que una concentración de tan solo 0.1% de grafeno flash en el cemento utilizado para unir el concreto podría disminuir su impacto ambiental masivo en un tercio. Según se informa, la producción de cemento emite hasta un 8% del dióxido de carbono producido por el hombre cada año.

"Al fortalecer el hormigón con grafeno, podríamos utilizar menos hormigón para la construcción, y costaría menos fabricar y menos transportar, ", dijo." Esencialmente, estamos atrapando gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono y el metano que los alimentos de desecho habrían emitido en los vertederos. Estamos convirtiendo esos carbonos en grafeno y agregando ese grafeno al concreto, reduciendo así la cantidad de dióxido de carbono generado en la fabricación del hormigón. Es un escenario ambiental en el que todos ganan utilizando grafeno ".

"Convertir la basura en tesoro es clave para la economía circular, "dijo el coautor para correspondencia Rouzbeh Shahsavari, profesor asistente adjunto de ingeniería civil y ambiental y de ciencia de materiales y nanoingeniería en Rice y presidente de C-Crete Technologies. "Aquí, el grafeno actúa tanto como una plantilla 2-D como un agente de refuerzo que controla la hidratación del cemento y el desarrollo posterior de la resistencia ".

En el pasado, Tour dijo, "El grafeno ha sido demasiado caro para usar en estas aplicaciones. El proceso flash reducirá enormemente el precio mientras nos ayuda a gestionar mejor los residuos".

"Con nuestro método, que el carbono se fija, ", dijo." No volverá a entrar en el aire ".

El proceso se alinea muy bien con la iniciativa Carbon Hub recientemente anunciada por Rice para crear un futuro de cero emisiones que reutilice los hidrocarburos del petróleo y el gas para generar gas hidrógeno y carbono sólido con cero emisiones de dióxido de carbono. El proceso de flash grafeno puede convertir ese carbono sólido en grafeno para hormigón, asfalto, edificios carros, ropa y más, Tour dijo.

Calefacción Flash Joule para grafeno a granel, desarrollado en el laboratorio Tour por el estudiante graduado de Rice y autor principal, Duy Luong, mejora técnicas como la exfoliación del grafito y la deposición de vapor químico en una lámina de metal que requieren mucho más esfuerzo y costo para producir solo un poco de grafeno.

Aun mejor, el proceso produce grafeno "turboestrático", con capas desalineadas que son fáciles de separar. "Grafeno apilado A-B de otros procesos, como exfoliación de grafito, es muy difícil de separar, "Dijo Tour." Las capas se adhieren fuertemente entre sí.

Pero el grafeno turboestrático es mucho más fácil de trabajar porque la adhesión entre capas es mucho menor. Simplemente se deshacen en solución o al mezclarlos en compuestos.

"Eso es importante, porque ahora podemos hacer que cada una de estas capas atómicas individuales interactúe con un compuesto anfitrión, " él dijo.

El laboratorio notó que los posos de café usados ​​se transformaron en hojas prístinas de grafeno de una sola capa.

Compuestos a granel de grafeno con plástico, rieles, madera contrachapada, El hormigón y otros materiales de construcción serían un mercado importante para el grafeno flash, según los investigadores, que ya están probando concreto y plástico mejorado con grafeno.

El proceso de flash ocurre en un reactor de diseño personalizado que calienta el material rápidamente y emite todos los elementos que no son de carbono como gas. "Cuando este proceso se industrializa, elementos como el oxígeno y el nitrógeno que salen del reactor flash pueden quedar atrapados como moléculas pequeñas porque tienen valor, "Dijo Tour.

Dijo que el proceso de flash produce muy poco exceso de calor, canalizando casi toda su energía hacia el objetivo. "Puede poner el dedo en el recipiente unos segundos después, ", Dijo Tour." Y tenga en cuenta que esto es casi tres veces más caliente que los hornos de deposición de vapor químico que usamos anteriormente para hacer grafeno, pero en el proceso flash, el calor se concentra en el material de carbono y no en el reactor circundante.

"Todo el exceso de energía sale como luz, en un destello muy brillante, y porque no hay disolventes, es un proceso súper limpio, " él dijo.

Luong no esperaba encontrar grafeno cuando encendió el primer dispositivo a pequeña escala para encontrar nuevas fases de material. comenzando con una muestra de negro de humo. "Esto comenzó cuando eché un vistazo a un artículo de Science que hablaba del calentamiento instantáneo Joule para hacer nanopartículas de metales que cambian de fase, ", dijo. Pero Luong rápidamente se dio cuenta de que el proceso no producía nada más que grafeno de alta calidad.

Las simulaciones a nivel de átomo realizadas por la investigadora y coautora de Rice, Ksenia Bets, confirmaron que la temperatura es clave para la rápida formación del material. "Básicamente, aceleramos el lento proceso geológico mediante el cual el carbono evoluciona a su estado fundamental, grafito, ", dijo." Muy acelerado por un pico de calor, también se detiene en el momento adecuado, en la etapa de grafeno.

"Es asombroso cómo las simulaciones por computadora de última generación, notoriamente lento para observar tal cinética, revelar los detalles de los movimientos atómicos modulados a alta temperatura y la transformación, ", Dijo Bets.

Tour espera producir un kilogramo (2,2 libras) al día de grafeno flash en dos años. comenzando con un proyecto financiado recientemente por el Departamento de Energía para convertir carbón de origen estadounidense. "Esto podría proporcionar una salida para el carbón a gran escala al convertirlo de manera económica en un material de construcción de mucho mayor valor, " él dijo.