Чудо-материал из отходов: учёные научились превращать скорлупу арахиса в «почти графен»

Учёные из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) разработали энергоэффективный метод превращения отходов после очистки бобов арахиса в материал, близкий по свойствам к графену — одному из самых перспективных материалов современности. Ежегодно в мире образуется свыше 10 млн тонн таких отходов, которые обычно выбрасывают, сжигают или пускают на компост. Получение из них графена для электроники будущего стало бы ценным подспорьем для отрасли.

Именно благодаря новому подходу биомасса из скорлупы и шелухи арахиса, богатая лигнином (натуральным углеродсодержащим полимером), может стать ценным сырьём для производства графена и подобных ему углеродных материалов. Исследование учёных из Австралии, опубликованное на днях в журнале Chemical Engineering Journal Advances, как раз представляет экологичный и относительно дешёвый способ решения проблемы утилизации таких сельскохозяйственных отходов.

Производственный процесс включает два ключевых этапа. Сначала скорлупу подвергают предварительной обработке — нагреву до примерно 500 °C в течение нескольких минут, чтобы удалить примеси, кислород и водород, превратив материал в подобный коксу уголь (char) с повышенным содержанием углерода. Затем применяется технология быстрого джоулева нагрева (FJH): мгновенный электрический импульс за миллисекунды разогревает материал до температур выше 3000 °C. Это приводит к перестройке атомов углерода в упорядоченные графитовые структуры, включая турбостратический графен с небольшим количеством слоёв. В отличие от традиционных методов, в предложенном учёными процессе не используются агрессивные химикаты, а энергозатраты значительно ниже, чем в ряде других процессов получения графена.

Полученный материал обладает выдающимися характеристиками: высокой прочностью, малым весом, отличной электрической и тепловой проводимостью. Эти свойства делают его перспективным для электроники, аккумуляторов, суперконденсаторов, систем хранения энергии и других высокотехнологичных применений. Главное преимущество метода — в устойчивости: отходы превращаются в «чудо-материал» без вредных выбросов и с минимальными расходами.

На данный момент технология находится на стадии лабораторного доказательства концепции. Для перехода к промышленному производству потребуется ещё 3–4 года доработки и масштабирования. Учёные планируют расширить метод на другие виды биомассы — кофейную гущу, кожуру бананов и прочие органические отходы. В перспективе это может радикально изменить подход к переработке сельскохозяйственных отходов, сделав производство графена более доступным, экологичным и экономически выгодным.

В России также разрабатывают подобные процессы получения турбостратического графена, но уже применительно к отходам деревообработки. В частности, в январе этого года перспективную технологию производства графена предложил коллектив учёных Северо-Восточного федерального университета (СВФУ), в основе которой также лежит быстрый джоулев нагрев. Но это уже другая история.