p Aquela casca de banana, se transformou em grafeno, pode ajudar a facilitar uma redução massiva do impacto ambiental do concreto e de outros materiais de construção. Enquanto você está nisso, jogue nesses vasilhames de plástico. p Um novo processo introduzido pelo laboratório do químico James Tour da Rice University pode transformar grandes quantidades de praticamente qualquer fonte de carbono em valiosos flocos de grafeno. O processo é rápido e barato; Tour disse que a técnica de "grafeno flash" pode converter uma tonelada de carvão, resíduos de alimentos ou plástico em grafeno por uma fração do custo usado por outros métodos de produção de grafeno a granel.

p "Este é um grande negócio, "Tour disse." O mundo joga fora de 30% a 40% de todos os alimentos, porque vai mal, e os resíduos de plástico são uma preocupação mundial. Já provamos que qualquer matéria sólida à base de carbono, incluindo resíduos plásticos mistos e pneus de borracha, pode ser transformado em grafeno. "

p Conforme relatado em Natureza , grafeno flash é feito em 10 milissegundos, aquecendo materiais contendo carbono a 3, 000 Kelvin (cerca de 5, 000 graus Fahrenheit). O material de origem pode ser quase qualquer coisa com conteúdo de carbono. Desperdício de comida, Resíduos plásticos, coque de petróleo, carvão, aparas de madeira e biochar são os principais candidatos, Tour disse. "Com o preço comercial atual do grafeno sendo US $ 67, 000 a $ 200, 000 por tonelada, as perspectivas para este processo parecem excelentes, " ele disse.

p Tour disse que uma concentração de apenas 0,1% de grafeno flash no cimento usado para ligar o concreto poderia diminuir seu impacto ambiental maciço em um terço. A produção de cimento emite até 8% do dióxido de carbono produzido pelo homem a cada ano.

p “Reforçando o concreto com grafeno, poderíamos usar menos concreto para a construção, e custaria menos para fabricar e menos para transportar, "disse ele." Essencialmente, estamos capturando gases de efeito estufa, como dióxido de carbono e metano, que os resíduos alimentares teriam lançado em aterros sanitários. Estamos convertendo esses carbonos em grafeno e adicionando esse grafeno ao concreto, reduzindo assim a quantidade de dióxido de carbono gerado na fabricação de concreto. É um cenário ambiental onde todos ganham usando o grafeno. "

p "Transformar o lixo em tesouro é a chave para a economia circular, "disse o co-autor Rouzbeh Shahsavari, professor assistente adjunto de engenharia civil e ambiental e de ciência dos materiais e nanoengenharia da Rice e presidente da C-Crete Technologies. "Aqui, o grafeno atua como um modelo 2-D e um agente de reforço que controla a hidratação do cimento e o subsequente desenvolvimento de resistência. "

p No passado, Tour disse, "O grafeno tem sido muito caro para usar nessas aplicações. O processo flash irá reduzir muito o preço, ao mesmo tempo que nos ajuda a gerenciar melhor o desperdício."

p "Com nosso método, que o carbono se torna fixo, "disse ele." Não vai entrar no ar novamente. "

p O processo se alinha muito bem com a iniciativa Carbon Hub recentemente anunciada por Rice para criar um futuro de zero emissões que reaproveita hidrocarbonetos de petróleo e gás para gerar gás hidrogênio e carbono sólido com emissão zero de dióxido de carbono. O processo de grafeno flash pode converter esse carbono sólido em grafeno para concreto, asfalto, edifícios, carros, roupas e mais, Tour disse.

p Aquecimento Flash Joule para grafeno a granel, desenvolvido no Laboratório de turismo pelo estudante graduado de Rice e autor principal Duy Luong, melhora as técnicas como esfoliação de grafite e deposição de vapor químico em uma folha de metal que requerem muito mais esforço e custo para produzir apenas um pouco de grafeno.

p Melhor ainda, o processo produz grafeno "turboestrático", com camadas desalinhadas que são fáceis de separar. "Grafeno empilhado A-B de outros processos, como esfoliação de grafite, é muito difícil de separar, "Tour disse." As camadas aderem fortemente umas às outras.

p Mas o grafeno turboestrático é muito mais fácil de trabalhar porque a adesão entre as camadas é muito menor. Eles simplesmente se desfazem em solução ou na mistura em compostos.

p "Isso é importante, porque agora podemos fazer com que cada uma dessas camadas atômicas únicas interaja com um composto hospedeiro, " ele disse.

p O laboratório observou que o pó de café usado se transformou em folhas de grafeno de uma única camada imaculada.

p Compósitos a granel de grafeno com plástico, metais, Madeira compensada, concreto e outros materiais de construção seriam um grande mercado para o grafeno flash, de acordo com os pesquisadores, que já estão testando concreto e plástico enriquecidos com grafeno.

p O processo de flash acontece em um reator de design personalizado que aquece o material rapidamente e emite todos os elementos não carbonados como gás. “Quando esse processo é industrializado, elementos como oxigênio e nitrogênio que saem do reator flash podem ser todos aprisionados como pequenas moléculas porque têm valor, "Tour disse.

p Ele disse que o processo de flash produz muito pouco excesso de calor, canalizando quase toda a sua energia para o alvo. "Você pode colocar o dedo no recipiente alguns segundos depois, "Tour disse." E tenha em mente que isso é quase três vezes mais quente do que os fornos de deposição de vapor químico que usamos anteriormente para fazer grafeno, mas no processo flash o calor é concentrado no material de carbono e nenhum no reator circundante.

p "Todo o excesso de energia sai como luz, em um flash muito brilhante, e porque não há solventes, é um processo super limpo, " ele disse.

p Luong não esperava encontrar grafeno quando disparou o primeiro dispositivo de pequena escala para encontrar novas fases de material, começando com uma amostra de negro de fumo. "Isso começou quando dei uma olhada em um artigo da Science falando sobre o aquecimento flash Joule para fazer nanopartículas de metais que mudam de fase, "disse ele. Mas Luong percebeu rapidamente que o processo não produzia nada além de grafeno de alta qualidade.

p Simulações em nível de átomo pelo pesquisador e co-autor do Rice, Ksenia Bets, confirmaram que a temperatura é a chave para a rápida formação do material. "Basicamente, aceleramos o lento processo geológico pelo qual o carbono evolui até seu estado fundamental, grafite, "ela disse." Muito acelerado por um pico de calor, também é interrompido no momento certo, no estágio de grafeno.

p "É incrível como as simulações de computador de última geração, notoriamente lento para observar tal cinética, revelar os detalhes dos movimentos atômicos modulados por alta temperatura e transformação, "Disse apostas.

p A Tour espera produzir um quilo (2,2 libras) de grafeno flash por dia dentro de dois anos, começando com um projeto recentemente financiado pelo Departamento de Energia para converter carvão proveniente dos EUA. "Isso poderia fornecer uma saída para o carvão em grande escala, convertendo-o de forma barata em um material de construção de valor muito mais alto, " ele disse.