Według Światowej Organizacji Zdrowia ponad miliard palaczy na całym świecie, palenie tytoniu to nie tylko problem zdrowotny, ale także poważny problem środowiskowy. Co roku tryliony niedopałków papierosów są wyrzucane, często na ziemię, gdzie powodują pożary, są spożywane przez zwierzęta i wypłukiwane są chemikalia do ziemi i wody.
Grupa południowokoreańskich badaczy z Environmental Material & Process Lab na Seoul National University znalazła sposób na przekształcenie niedopałków papierosów ze szkodliwych odpadów w dar dla inicjatyw na rzecz zielonej energii.
W ostatnim artykule w czasopiśmie Nanotechnology naukowcy zademonstrowali jednoetapowy proces przekształcania zużytych filtrów papierosowych (głównego składnika niedopałków) w materiał, który można wykorzystać do magazynowania energii w superkondensatorach - komponenty, które można stosować obok akumulatorów w sieć elektryczna, elektronika użytkowa i pojazdy elektryczne.
Superkondensatory przodują w zapewnianiu szybkiego zwiększenia mocy w razie potrzeby (np. Po naciśnięciu pedału przyspieszenia w samochodzie elektrycznym lub w godzinach szczytu w sieci elektrycznej), odciążając akumulator, co jest lepsze w zapewnianiu stałego przepływu.
Domieszkowany azotem (domieszkowany azotem) mezo- / mikroporowaty hybrydowy materiał węglowy (NCF), utworzony z używanych filtrów papierosowych, ma dużą powierzchnię, dzięki czemu idealnie nadaje się do magazynowania energii w superkondensatorach. (Nanotechnologia) Według artykułu, po poddaniu rozkładowi chemicznemu w technice zwanej pirolizą, włókna octanu celulozy w filtrach przekształcają się w materiał węglowy o różnych rozmiarach porów i dużej powierzchni. To sprawia, że materiał jest idealny do magazynowania energii w superkondensatorach, ponieważ jony potrzebują fizycznej powierzchni, do której mogą się przylgnąć. Według autorów materiał na bazie tyłek przewyższa substancje stosowane obecnie w superkondensatorach, takie jak węgiel, grafen i nanorurki węglowe.
Minzae Lee, jeden z autorów gazety, mówi, że ponieważ rząd Korei Południowej rozważa podniesienie podatków od tytoniu, papierosy były w głowach wielu ludzi. Ale mówi, że to Gil-Pyo Kim, jeden z jego współautorów, pierwszy wpadł na ten pomysł.
„Istnieje już wiele badań [pokazujących], że materiał węglowy można syntetyzować przez pirolizę tworzywa sztucznego”, pisze Lee. „Spodziewaliśmy się więc, że przekształcenie niedopałków papierosów w materiał do magazynowania energii może być rozwiązaniem dwóch trudnych dla człowieka problemów, problemów środowiskowych i energetycznych.”
Proces przekształcania zużytych niedopałków w materiał nadprzewodnikowy wymaga jednak znacznej ilości energii. Lee twierdzi, że temperatura materiału filtrującego musi zostać zwiększona o 5 stopni na minutę w środowisku beztlenowym, aż do osiągnięcia maksymalnej temperatury 900 stopni Celsjusza. Następnie materiał utrzymuje się w tej temperaturze przez dwie godziny. Proces ten jest podobny do przetwarzania drewna na węgiel drzewny.
Po utworzeniu naukowcy pokryli elektrodę swoim materiałem, a nie węglem aktywnym stosowanym w tradycyjnych superkondensatorach, i przetestował jego zdolność do ładowania i rozładowywania poprzez absorbowanie i uwalnianie jonów elektrolitów.
Według artykułu materiał pochodzący z użytych filtrów był w stanie szybciej ładować i rozładowywać, a także utrzymywać większy ładunek elektryczny, niż tradycyjne materiały. Materiał był w stanie utrzymać tę wydajność dzięki 6000 cyklom ładowania i rozładowania podczas testów.
Elon Musk, założyciel Tesla Motors, stwierdził w 2011 roku, że przełom superkondensatorów będzie ważny dla przyszłości pojazdów elektrycznych. Ale nie oczekuj, że przyszłe samochody z wtyczką całkowicie zrezygnują z akumulatorów. Zdolność superkondensatorów do bardzo szybkiego pochłaniania ogromnych ilości mocy, gdy pojazd hamuje, sprawia, że są one dobrze dopasowane do pojazdów elektrycznych. Tradycyjne akumulatory powoli absorbowałyby tę energię elektryczną z powrotem do swoich ogniw, gdzie można by ją wykorzystać do zwiększenia zasięgu pojazdu. Jest mało prawdopodobne, że superkondensatory zbliżą się do zdolności przechowywania akumulatorów na bazie chemikaliów w najbliższym czasie.
„Superkondensatory są używane w aplikacjach wymagających szybkiego ładowania / rozładowywania, podczas gdy akumulatory są wykorzystywane do większych ilości energii”, pisze Lee. „Superkondensatory powinny być ładowane do urządzeń elektronicznych jednocześnie z użyciem baterii.”
Ponieważ ta metoda ulepszania superkondensatorów znajduje się wciąż w fazie testowej, nie jest jasne, kiedy papieros z recyklingu pochodzący z zespołu trafi do pojazdów lub innych urządzeń. Ale jasne jest, że kiedy nadejdzie czas na zwiększenie produkcji, nie zabraknie niedopałków papierosów do zbudowania miliardów superkondensatorów.
