Cette peau de banane, transformé en graphène, peut aider à faciliter une réduction massive de l'impact environnemental du béton et d'autres matériaux de construction. Pendant que vous y êtes, jeter dans ces vides en plastique.

Un nouveau processus introduit par le laboratoire du chimiste James Tour de l'Université Rice peut transformer des quantités en vrac d'à peu près n'importe quelle source de carbone en précieux flocons de graphène. Le processus est rapide et bon marché; Tour a déclaré que la technique du « flash graphène » peut convertir une tonne de charbon, déchets alimentaires ou plastique en graphène pour une fraction du coût utilisé par d'autres méthodes de production de graphène en vrac.

"Ceci est une grosse affaire, " Tour a déclaré. " Le monde jette 30% à 40% de toute la nourriture, parce que ça va mal, et les déchets plastiques sont une préoccupation mondiale. Nous avons déjà prouvé que toute matière solide à base de carbone, y compris les déchets plastiques mélangés et les pneus en caoutchouc, peut être transformé en graphène."

Comme indiqué dans La nature , le graphène flash est fabriqué en 10 millisecondes en chauffant des matériaux contenant du carbone à 3, 000 Kelvin (environ 5, 000 degrés Fahrenheit). Le matériau source peut être presque n'importe quoi avec une teneur en carbone. Déchets alimentaires, Déchets plastiques, coke de pétrole, charbon, les rognures de bois et le biochar sont des candidats de choix, Tour dit. « Le prix commercial actuel du graphène étant de 67 $, 000 à 200 $, 000 par tonne, les perspectives de ce processus sont superbes, " il a dit.

Tour a déclaré qu'une concentration d'aussi peu que 0,1% de flash graphène dans le ciment utilisé pour lier le béton pourrait réduire son impact environnemental massif d'un tiers. La production de ciment émettrait jusqu'à 8 % de dioxyde de carbone d'origine humaine chaque année.

« En renforçant le béton au graphène, nous pourrions utiliser moins de béton pour la construction, et cela coûterait moins cher à fabriquer et moins à transporter, " dit-il. " Essentiellement, nous piégeons des gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone et le méthane que les déchets alimentaires auraient émis dans les décharges. Nous convertissons ces carbones en graphène et ajoutons ce graphène au béton, réduisant ainsi la quantité de dioxyde de carbone générée dans la fabrication du béton. C'est un scénario environnemental gagnant-gagnant utilisant le graphène."

« Transformer les déchets en trésor est la clé de l'économie circulaire, " a déclaré l'auteur co-correspondant Rouzbeh Shahsavari, professeur adjoint adjoint de génie civil et environnemental et de science des matériaux et nano-ingénierie à Rice et président de C-Crete Technologies. "Ici, le graphène agit à la fois comme un modèle 2D et un agent de renforcement qui contrôle l'hydratation du ciment et le développement ultérieur de la résistance."

Autrefois, Tour a dit, « Le graphène a été trop coûteux à utiliser dans ces applications. Le processus flash réduira considérablement le prix tout en nous aidant à mieux gérer les déchets. »

"Avec notre méthode, que le carbone se fixe, " dit-il. " Il n'entrera plus dans l'air. "

Le processus s'aligne parfaitement sur l'initiative Carbon Hub récemment annoncée par Rice pour créer un avenir à zéro émission qui réutilise les hydrocarbures du pétrole et du gaz pour générer de l'hydrogène gazeux et du carbone solide sans émission de dioxyde de carbone. Le processus flash de graphène peut convertir ce carbone solide en graphène pour le béton, asphalte, immeubles, voitures, vêtements et plus, Tour dit.

Chauffage Flash Joule pour le graphène en vrac, développé dans le laboratoire Tour par Rice, étudiant diplômé et auteur principal, Duy Luong, améliore des techniques telles que l'exfoliation à partir de graphite et le dépôt chimique en phase vapeur sur une feuille de métal qui nécessitent beaucoup plus d'efforts et de coûts pour produire juste un peu de graphène.

Encore mieux, le procédé produit du graphène "turbostratique", avec des couches mal alignées faciles à séparer. "Graphène empilé A-B à partir d'autres processus, comme l'exfoliation du graphite, est très difficile à séparer, " Tour a déclaré. "Les couches adhèrent fortement ensemble.

Mais le graphène turbostratique est beaucoup plus facile à travailler car l'adhérence entre les couches est beaucoup plus faible. Ils se séparent simplement en solution ou lors du mélange dans les composites.

"C'est important, parce que maintenant nous pouvons faire interagir chacune de ces couches atomiques uniques avec un composite hôte, " il a dit.

Le laboratoire a noté que le marc de café utilisé était transformé en feuilles de graphène monocouche immaculées.

Composites en vrac de graphène avec du plastique, métaux, contre-plaqué, le béton et d'autres matériaux de construction seraient un marché majeur pour le graphène flash, selon les chercheurs, qui testent déjà le béton et le plastique améliorés au graphène.

Le processus flash se déroule dans un réacteur conçu sur mesure qui chauffe rapidement le matériau et émet tous les éléments non carbonés sous forme de gaz. « Lorsque ce procédé sera industrialisé, les éléments comme l'oxygène et l'azote qui sortent du réacteur flash peuvent tous être piégés sous forme de petites molécules car ils ont de la valeur, ", a déclaré la tournée.

Il a dit que le processus flash produit très peu de chaleur excessive, canaliser presque toute son énergie dans la cible. "Vous pouvez poser votre doigt directement sur le récipient quelques secondes après, " a déclaré Tour. " Et gardez à l'esprit que c'est presque trois fois plus chaud que les fours de dépôt chimique en phase vapeur que nous utilisions auparavant pour fabriquer du graphène, mais dans le processus flash, la chaleur est concentrée dans le matériau carboné et aucune dans un réacteur environnant.

"Tout l'excès d'énergie sort sous forme de lumière, dans un flash très lumineux, et parce qu'il n'y a pas de solvants, c'est un processus super propre, " il a dit.

Luong ne s'attendait pas à trouver du graphène lorsqu'il a allumé le premier appareil à petite échelle pour trouver de nouvelles phases de matériau, en commençant par un échantillon de noir de carbone. "Cela a commencé lorsque j'ai jeté un coup d'œil à un article de Science qui parlait du chauffage flash Joule pour fabriquer des nanoparticules de métaux à changement de phase, " dit-il. Mais Luong s'est rapidement rendu compte que le processus ne produisait que du graphène de haute qualité.

Les simulations au niveau atomique réalisées par la chercheuse et co-auteure de Rice, Ksenia Bets, ont confirmé que la température est la clé de la formation rapide du matériau. "Nous accélérons essentiellement le lent processus géologique par lequel le carbone évolue vers son état fondamental, graphite, " dit-elle. " Fortement accéléré par un pic de chaleur, il est également arrêté au bon moment, au stade du graphène.

« C'est incroyable de voir à quel point les simulations informatiques de pointe, notoirement lent pour observer une telle cinétique, révéler les détails des mouvements et transformations atomiques modulés à haute température, ", a déclaré Paris.

Tour espère produire un kilogramme (2,2 livres) par jour de flash graphène d'ici deux ans, à commencer par un projet récemment financé par le ministère de l'Énergie pour convertir le charbon d'origine américaine. « Cela pourrait fournir un débouché pour le charbon à grande échelle en le convertissant à peu de frais en un matériau de construction de valeur beaucoup plus élevée, " il a dit.