في جميع أنحاء العالم إنتاج الفول السوداني يؤدي إلى أكثر من 10 ملايين طن من النفايات تتراكم كل عام على شكل قشور مهملة، لكن العلماء اكتشفوا الآن طريقة لتحويل هذه الكتلة الحيوية إلى مواد كربونية تشبه الجرافين.

الجرافين يعتمد على الكربون وهو وصفها في كثير من الأحيان باعتبارها مادة “عجائبية”: فهي قوية للغاية، وخفيفة الوزن للغاية، وموصل ممتاز للحرارة والكهرباء. لقد تم استخدامه بالفعل على نطاق واسع ويعد بتحسين الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية بشكل كبير في المستقبل.

ومع ذلك، من الصعب أيضًا إنتاجه على نطاق واسع كما أن تصنيعه مكلف، لذلك يمكن للطرق البديلة لتصنيع الجرافين أن توفر تعزيزات كبيرة لأنظمة الطاقة وتخزين البيانات وغيرها. التقنيات الحديثة.

يُظهر البحث الجديد الذي أجراه فريق من جامعة نيو ساوث ويلز (UNSW) في أستراليا، أن قشرة الفول السوداني المتواضعة لديها القدرة على تعزيز إنتاج الجرافينوبطريقة أرخص وأكثر صداقة للبيئة من بعض أساليب تصنيع الجرافين التقليدية.

“يتم التخلص من معظم النفايات الناتجة عن القشرة أو إعادة تدويرها في تطبيقات منخفضة القيمة لا تزيد من إمكاناتها الكاملة.” يقول المهندس الميكانيكي بجامعة نيو ساوث ويلز غوان يوه.

“ما أظهرناه في هذا العمل هو أنه يمكن تحويل قشور الفول السوداني الأساسية إلى جرافين عالي الجودة، باستخدام طاقة أقل بكثير مما هو مطلوب حاليًا، وبالتالي بتكلفة أقل. كما أننا لا نحتاج إلى استخدام أي مواد كيميائية، لذلك هناك فائدة بيئية إضافية.”

مفتاح هذه العملية هو البوليمر الطبيعي اللجنين، المعبأ بالكربون والموجود فيه معظم النباتات. وكان من المعروف بالفعل وجوده في قشور الفول السوداني، ولكن كان على الباحثين اكتشاف أفضل طريقة لمعالجته.

واختبر الفريق عدة طرق لتحضير مخلفات القذائف لتفكيك مادة اللجنين، قبل تطبيق العملية المعروفة باسم تسخين جول فلاش (فجه). يستخدم هذا “فلاشًا” من الكهرباء لطهي المادة حتى درجات حرارة تتجاوز 3000 درجة مئوية (5432 درجة فهرنهايت) لمدة ميلي ثانية فقط. يؤدي هذا الانفجار الفوري للحرارة إلى إعادة ترتيب ذرات الكربون إلى هياكل غرافيتية، بما في ذلك طبقات قليلة توربيني الجرافين.

بينما قامت FJH بمعظم عمليات الرفع الثقيلة، كانت كيفية تجهيز القذائف لـ FJH أمرًا بالغ الأهمية. وجد الباحثون أن الخيار الأفضل هو المعالجة المسبقة المرحلية التي تتضمن تسخين جول غير مباشر عند حوالي 500 درجة مئوية لمدة 5 دقائق، تليها خطوة قصيرة لدرجة الحرارة الأعلى.

أدى هذا إلى إزالة الشوائب وتحويل القذائف إلى شار – مادة أخرى غنية بالكربون وأكثر موصلية بكثير من الأصداف الخام.

“هذه العملية حيوية لإزالة الشوائب ومنحنا أفضل المواد الغنية بالكربون للمساعدة في ضمان وجود الحد الأدنى من العيوب في الجرافين النهائي وأنه في الواقع مجرد طبقة واحدة من الذرات”. يقول نعم.

“هذا ما تريده وتحتاج إليه للتأكد من أنه يتمتع بأفضل الخصائص من حيث توصيل الكهرباء والحرارة.”

على الرغم من وجود خط أنابيب من قشرة الفول السوداني إلى الجرافين جربت من قبل، تسلط هذه الدراسة الضوء على مدى إمكانية التحكم الدقيق في المواد الأولية في تحسين جودة الجرافين الناتجة بشكل كبير.

متعلق ب: اكتشاف مادة الجرافين “المعجزة” على القمر

هذا لا يعني أن العملية مثالية بعد. تسجل مادة الجرافين الناتجة درجات عالية من حيث الجودة ولكنها تتكون عادةً من عدد قليل من طبقات الجرافين المكدسة في ترتيب توربيني، ويمكن أن تستغرق هذه التقنية من ثلاث إلى أربع سنوات لتوسيع نطاق الاستخدام التجاري. لاحظ الباحثون.

سيستمر العمل على تحسين العملية من خلال إثبات المفهوم المعتمد على المختبر. في هذه الأثناء، يرغب الباحثون في معرفة ما إذا كان أسلوبهم في التحضير والتسخين حسب الطلب قد ينجح مع طرق أخرى أنواع الكتلة الحيوية.

“نحن نخطط أيضًا لإجراء تجارب على مواد أخرى، مثل قهوة المطحون، أو قشور الموز، أو أي شيء آخر يمكن أن يمنحنا هذا الفحم الجيد ليتحول بعد ذلك إلى جرافين.” يقول نعم.

“بالنظر إلى كمية المواد العضوية المشابهة المتاحة، فإن عملنا يُظهر توازنًا جيدًا بين كفاءة الطاقة، وجودة الجرافين التي نحصل عليها في النهاية، والجدوى الاقتصادية للعملية برمتها”.

وقد تم نشر البحث في مجلة الهندسة الكيميائية تتقدم.