Rifiuti organici trasformati in grafene : alta qualità a basso prezzo

Pubblicato il 28 Agosto 2021 da Veronica Baker

Più che un sistema di credenze, la scienza può essere considerata un sistema di problemi.

Karl Popper


Rifiuti organici trasformati in grafene : alta qualità a basso prezzo

Studio di riferimento

Luong, D.X.; Bets, K.V.; Algozeeb, W.A.; Stanford, M.G.; Kittrell, C.; Chen, W.; Tour, J.M. (2020). Sintesi del grafene flash dal basso verso l’alto su scala di Gram = Gram-scale bottom-up flash graphene synthesis. Nature, 577(7792), pp. 647-651. https://doi.org/10.1038/s41586-020-1938-0

Fatti analizzati

L’articolo di (Luong, DX; Bets, KV; Algozeeb, WA; Stanford, MG; Kittrell, C .; Chen, W .; Tour, JM 2020) è di particolare rilevanza, poiché dimostra che la produzione su larga scala di il grafene è perfettamente fattibile, senza richiedere un alto grado di sofisticazione o particolari procedure chimiche.

Nel loro abstract rivelano l’oggetto di indagine : “qui mostriamo che il riscaldamento istantaneo in Joule di fonti di carbonio a basso costo, come carbone, coke di petrolio, biochar, nerofumo, cibo scartato, pneumatici in gomma e rifiuti plastici misti, può produrre grandi quantità di grafene su una scala di grammi in meno di un secondo“.

I ricercatori sono stati in grado di produrre grafene di alta qualità in millisecondi con un dispendio energetico ridotto, utilizzando elettrodi e tubi al quarzo, come verrà spiegato di seguito. 

Il prodotto denominato Flash Graphene o FG “non utilizza forno, solventi o gas reattivi.
I rendimenti dipendono dal contenuto di carbonio della fonte ; quando si utilizza una fonte ad alto contenuto di carbonio, come fuliggine, carbone antracite od il coke calcinato, si ottengono rendimenti dall’80 al 90% con una purezza del carbonio superiore al 99%
“.

Per riuscire ad affermare questo, i ricercatori hanno analizzato i campioni di grafene con la spettroscopia Raman ottenendo  “una banda D a bassa intensità od assente per FG, indicando che FG ha una delle concentrazioni di difetti più basse riportate finora per il grafene “.


Rifiuti organici trasformati in grafene
Fig. 1. : Sintesi di grafene da varie fonti di carbonio. (Luong, DX; Bets, KV; Algozeeb, WA; Stanford, MG; Kittrell, C.; Chen, W.; Tour, JM 2020)

Il processo FJH (Instantaneous Joule Heating, o Flash Joule Heating) consiste nell’incapsulamento compresso (in un sottile tubo di quarzo) del materiale ad alto contenuto di carbonio che deve essere convertito in grafene, chiuso in una pila di elettrodi, che genera una corrente che aumenta drasticamente la temperatura (3000ºK = 2726ºC) in uno scoppio temporaneo (flash), di pochi millisecondi.

Questo genera la cristallizzazione del carbonio nel grafene.
Nella sezione dei costi, gli autori indicano che “
per la sintesi di FG sono necessari solo 7,2 kilojoule per grammo, il che potrebbe rendere il FG adatto all’uso in compositi sfusi di plastica, metalli, compensato, cemento e altri materiali da costruzione“.

I 7,2 kilojoule equivalgono a 0,002kWh.
Se la produzione di grafene fosse effettuata di notte, verrebbe applicata una tariffa notturna di circa 0,16 €/kWh (questo è il costo della energia elettrica in Spagna), il che significa che la produzione di 1 grammo di grafene di alta qualità verrebbe hanno un costo netto di € 0,00032 e quindi 1 tonnellata circa € 320. 

Per dimostrare la validità del metodo con i rifiuti organici è stato preso il caso del caffè, che “ha circa il 40% di carbonio, quindi il rendimento basato sul contenuto iniziale di carbonio è di ~85% “.

Questo perché sono prevalentemente carboidrati, quindi è probabile che qualsiasi rifiuto organico con un alto contenuto di carboidrati venga utilizzato in questi processi.
Nonostante questo, il rendimento miglioreè stato trovato utilizzando del carbone : “l
a resa del processo FJH arriva dall’80% al 90% da fonti ad alto contenuto di carbonio come nerofumo, coke calcinato o carbone antracite“.

Altri materiali che possono essere utilizzati a questo scopo sono “carbone vegetale, biochar, acido umico, cheratina (capelli umani), lignina, saccarosio, amido, corteccia di pino, fuliggine di olio d’oliva, cavolo, cocco, gusci di pistacchio, bucce di patate, pneumatici in gomma e plastica mista, compreso il polietilene tereftalato (PET o PETE) , polietilene ad alta o bassa densità, cloruro di polivinile, polipropilene e poliacrilonitrile“.

Per quanto riguarda la qualità del grafene 2D “si ottimizza regolando la compressione del campione tra gli elettrodi (che influisce sulla conduttività del campione), la tensione del condensatore e la durata della commutazione per controllare la temperatura e la durata del flash.

Il degasaggio di idrogeno, azoto e ossigeno durante il processo FJH potrebbe contribuire alla formazione di grandi, sottili fogli di grafene… potrebbe impedire la sovrapposizione di strati di grafene, permettendo così un’ulteriore crescita “.


Rifiuti organici trasformati in grafene : alta qualità a basso prezzo
Fig. 2. : Prove di fabbricazione del grafene su diversi tipi di tubo, combinazioni di temperatura, compressione e loro risultati. (Luong, DX; Bets, KV; Algozeeb, WA; Stanford, MG; Kittrell, C.; Chen, W.; Tour, JM 2020)

Un’altra proprietà interessante rivelata dallo studio è che l’FG “era disperdibile in una soluzione acqua/tensioattivo per offrire dispersioni altamente concentrate che raggiungevano i 4gl -1 “.
Ciò è stato possibile perché il metodo FJH è efficace nell’esfoliare gli strati di grafene, ideale per la produzione di aerogel, idrogel e soluzioni fisiologiche.

Tra le applicazioni della scoperta c’è la miscelazione del grafene in prodotti da costruzione come cemento o calcestruzzo.
È stato dimostrato che mescolando il cemento con il grafene, la sua resistenza è migliorata del 25% rispetto ad altri composti con grafene commerciale.

Questi miglioramenti sono quasi tre volte maggiori rispetto a quelli di altri composti cemento-grafene riportati con lo stesso carico…le immagini al microscopio mostrano una distribuzione omogenea di FG nella matrice cementizia“.
Queste proprietà possono essere estese ad altri materiali come i polimeri, ampiamente utilizzati nell’industria, come il polietilenglicole.

Riflessioni finali

I costi di produzione del grafene sfuso di alta qualità sono molto bassi, considerando che può essere sintetizzato da rifiuti organici.
Questo articolo dimostra che la produzione è facile e scalabile.

La produzione su larga scala di grafene, necessaria per soddisfare la domanda di “vaccini”, sieri, fertilizzanti, prodotti fitosanitari e prodotti per irrorazione ed iniezione di aerosol atmosferici (chemtrails), può quindi essere facilmente soddisfatta senza mai soffrire di alcun problema di carenza.

In assenza di carbone e dei suoi derivati, si possono infatti utilizzare i rifiuti organici e la plastica, che sono già separati per il riciclaggio in contenitori dai cittadini (N.d.T. : ed ora si capisce il perchè i diversi governi stanno spingendo sempre di più verso la cosiddetta raccolta differenziata, ovviamente a loro della ecologia del pianeta e della reale vivibilità delle nostre città non è mai interessato un bel nulla…)

Qualsiasi industria potrebbe facilmente convertirsi alla produzione di grafene, vista la semplicità dei materiali necessari per la sua produzione con il metodo FJH (Flash Joule Heating).

D’altra parte, sembra un business redditizio se si tiene conto che la produzione di 1 tonnellata di grafene potrebbe avere un costo di 320 euro.
Per avere un’idea dei benefici che l’industria ottiene con la produzione di grafene, basta prendere le informazioni di vendita del grafene sfuso , che si attesta a 0,85 €/grammo per ordini superiori a 25 kg.

Ciò significa che per ogni tonnellata venduta si otterrebbe un utile netto di oltre 670.000 € se si tiene conto dei costi di logistica, trasporto/distribuzione, acquisto di materie prime per la fabbricazione del grafene, marketing e tasse.

Studio originale in lingua spagnola : Basura orgánica convertida en grafeno : alta calidad a bajo precio

Traduzione in italiano a cura di Veronica Baker


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