Το γραφένιο κοστίζει συνήθως 200,000 $ ανά τόνο. Τώρα, οι επιστήμονες μπορούν να το φτιάξουν από τα σκουπίδια. – Μεγάλη Σκέψη

Η πρόσφατη τεχνολογία που αναπτύχθηκε στο Πανεπιστήμιο Rice φέρνει την ιδέα ότι τα σκουπίδια ενός ανθρώπου είναι ο θησαυρός ενός άλλου ανθρώπου στα άκρα της. Φλούδες μπανάνας, κατακάθια καφέ, πλαστικά δοχεία μιας χρήσης, άνθρακας - όλα αυτά και πολλά άλλα μετατρέπονται σε ένα από τα πιο πολύτιμα υλικά που υπάρχουν: το γραφένιο. Ο χημικός James Tour και η ομάδα του έχουν αναπτύξει μια ταχεία διαδικασία που μπορεί να μετατρέψει μεγάλες ποσότητες σκουπιδιών σε νιφάδες γραφενίου.

«Αυτό είναι κάτι πολύ σημαντικό», δήλωσε ο Τουρ σε ένα Πανεπιστήμιο Ράις. δελτίο τύπου«Ο κόσμος πετάει το 30% έως 40% όλων των τροφίμων, επειδή χαλάνε, και τα πλαστικά απόβλητα προκαλούν παγκόσμια ανησυχία. Έχουμε ήδη αποδείξει ότι οποιαδήποτε στερεά ύλη με βάση τον άνθρακα, συμπεριλαμβανομένων των μικτών πλαστικών αποβλήτων και των ελαστικών, μπορεί να μετατραπεί σε γραφένιο.»

Μια απεικόνιση του γραφενίου.Πηγή: Max Pixel / Δημόσιος Τομέας

Η αξία του γραφενίου οφείλεται κυρίως στην απίστευτη αντοχή του και στην μεγάλη ποικιλία βιομηχανικών εφαρμογών που διαθέτει. Αυτό το υλικό αποτελείται από ένα μόνο στρώμα ατόμων άνθρακα που συνδέονται μεταξύ τους με έξι χημικούς δεσμούς, δημιουργώντας ένα πλέγμα που μοιάζει με συρματόπλεγμα.

Το γραφένιο δεν είναι μόνο εξαιρετικά χρήσιμο σε επιστημονικά πειράματα λόγω της υψηλής αντιδραστικότητας και αντοχής του, αλλά μπορεί επίσης να προστεθεί σε κάθε είδους άλλα υλικά για να βελτιώσει την αντοχή τους ή να τα κάνει πιο ελαφριά, όπως το σκυρόδεμα ή τα μέταλλα. Είναι το πιο αγώγιμο υλικό, καθιστώντας το ανεκτίμητο για χρήση ως ψύκτρα, για παράδειγμα, σε LED ή smartphones. Θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί στην τεχνολογία μπαταριών, σε χρώματα, σε αισθητήρες και σε πολλά άλλα - υπάρχουν κυριολεκτικά πάρα πολλές εφαρμογές για να καλυφθούν από αυτό το υλικό μόνο σε αυτό το άρθρο.

Παρά την υψηλή χρησιμότητά του, το γραφένιο δεν αποτελεί ακόμη μέρος της καθημερινότητάς μας. Ένας από τους λόγους είναι το απαγορευτικό κόστος του. Το γραφένιο είναι δύσκολο να παραχθεί χύμα, με «την τρέχουσα εμπορική τιμή του γραφενίου να κυμαίνεται από 67,000 έως 200,000 δολάρια ανά τόνο», δήλωσε ο Τουρ. Συνήθεις τεχνικές περιλαμβάνουν την απολέπιση, κατά την οποία τα φύλλα γραφενίου αφαιρούνται από τον γραφίτη, ή την χημική εναπόθεση ατμών, κατά την οποία το μεθάνιο (CH4) εξατμίζεται παρουσία ενός υποστρώματος χαλκού που συλλαμβάνει τα άτομα άνθρακα του μεθανίου, διατάσσοντάς τα ως γραφένιο.

Η νέα τεχνική, που ονομάζεται θέρμανση flash Joule, είναι πολύ απλούστερο, φθηνότερο και δεν βασίζεται σε επικίνδυνους διαλύτες ή χημικά πρόσθετα. Με απλά λόγια, ένα υλικό με βάση τον άνθρακα εκτίθεται σε θερμότητα 2,760°C (5,000°F) για μόλις 10 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Αυτό διασπά κάθε χημικό δεσμό στο υλικό εισόδου. Όλα τα άτομα εκτός από τον άνθρακα μετατρέπονται σε αέριο, το οποίο διαφεύγει σε αυτήν τη συσκευή απόδειξης της ιδέας, αλλά θα μπορούσε να συλληφθεί σε βιομηχανικές εφαρμογές. Ο άνθρακας, ωστόσο, επανασυναρμολογείται ως νιφάδες γραφενίου.

Επιπλέον, αυτή η τεχνική παράγει το λεγόμενο τούρμποστατικό γραφένιο. Άλλες διεργασίες παράγουν αυτό που είναι γνωστό ως AB στοιβαγμένο γραφένιο, στο οποίο τα μισά από τα άτομα σε ένα φύλλο γραφενίου βρίσκονται πάνω από τα άτομα ενός άλλου φύλλου γραφενίου. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα έναν πιο σφιχτό δεσμό μεταξύ των δύο φύλλων, καθιστώντας πιο δύσκολο τον διαχωρισμό τους. Το τούρμποστατικό γραφένιο δεν έχει τέτοια σειρά μεταξύ των φύλλων, επομένως είναι πιο εύκολο να αφαιρεθούν το ένα από το άλλο.

Η πιο προφανής περίπτωση χρήσης για αυτό που οι ερευνητές έχουν ονομάσει «φλας γραφένιο» είναι η χρήση αυτών των νιφάδων γραφενίου ως συστατικού στο σκυρόδεμα. «Ενισχύοντας το σκυρόδεμα με γραφένιο», δήλωσε ο Τουρ, «θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε λιγότερο σκυρόδεμα για την κατασκευή και θα κόστιζε λιγότερο στην κατασκευή και λιγότερο στη μεταφορά. Ουσιαστικά, παγιδεύουμε αέρια του θερμοκηπίου όπως το διοξείδιο του άνθρακα και το μεθάνιο που θα είχαν εκπέμψει τα απόβλητα τροφίμων στις χωματερές. Μετατρέπουμε αυτούς τους άνθρακες σε γραφένιο και προσθέτουμε αυτό το γραφένιο στο σκυρόδεμα, μειώνοντας έτσι την ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα που παράγεται στην κατασκευή σκυροδέματος. Είναι ένα περιβαλλοντικό σενάριο win-win χρησιμοποιώντας γραφένιο».

Το σκυρόδεμα αποτελεί μια σημαντική εφαρμογή για αυτό το υλικό, η οποία θα ήταν οικονομικά και περιβαλλοντικά ορθή, αλλά υπάρχουν και πολλές άλλες. Καθώς αυτή η μέθοδος και άλλες για την παραγωγή γραφενίου σε μεγάλες ποσότητες ωριμάζουν, μπορούμε να ελπίζουμε σε ένα μέλλον με ολοένα και πιο ισχυρά, ελαφρύτερα, πιο προηγμένα και λιγότερο καταστροφικά για το περιβάλλον υλικά και τεχνολογίες.