Met meer dan een miljard rokers wereldwijd is volgens de Wereldgezondheidsorganisatie tabaksgebruik niet alleen een gezondheidsprobleem, maar ook een groot milieuprobleem. Jaarlijks worden er miljoenen sigarettenpeuken weggegooid, vaak op de grond, waar ze brand veroorzaken, door dieren worden ingenomen en chemicaliën in de grond en het water uitspoelen.
Een groep Zuid-Koreaanse onderzoekers van het Environmental Material & Process Lab van de Nationale Universiteit van Seoul hebben een manier gevonden om sigarettenpeuken van schadelijk afval om te zetten in een zegen voor groene energie-initiatieven.
In een recent artikel in het tijdschrift Nanotechnology demonstreerden de onderzoekers een eenstapsproces om gebruikte sigarettenfilters (het hoofdbestanddeel van peuken) te veranderen in een materiaal dat kan worden gebruikt om energie in supercondensatoren op te slaan - componenten die naast batterijen in batterijen kunnen worden gebruikt het elektriciteitsnet, consumentenelektronica en elektrische voertuigen.
Supercondensatoren blinken uit in het leveren van een snelle powerboost wanneer dat nodig is (bijvoorbeeld wanneer u het gaspedaal in een elektrische auto raakt, of tijdens piekuren in een elektrisch net), waardoor de batterij wordt ontlast, wat beter is in het leveren van een constante stroom.
Het met stikstof gedoteerde (N-gedoteerde) meso- / microporeuze hybride koolstofmateriaal (NCF), gemaakt van gebruikte sigarettenfilters, heeft een groot oppervlak, waardoor het ideaal is voor energieopslag in supercondensatoren. (Nanotechnologie) Volgens het papier worden de celluloseacetaatvezels in de filters, wanneer ze worden onderworpen aan chemische ontleding in een techniek die pyrolyse wordt genoemd, omgezet in een koolstofmateriaal met poriën van verschillende grootte en een groot oppervlak. Dit maakt het materiaal ideaal voor energieopslag in supercondensatoren, omdat de ionen een fysiek oppervlak nodig hebben om aan vast te houden. Volgens de auteurs presteert het materiaal op basis van de kont beter dan stoffen die momenteel worden gebruikt in supercondensatoren, zoals koolstof, grafeen en koolstofnanobuisjes.
Minzae Lee, een van de auteurs van de krant, zegt dat omdat de Zuid-Koreaanse regering overweegt om tabaksbelastingen te verhogen, sigaretten veel mensen bezighielden. Maar hij zegt dat het Gil-Pyo Kim was, een van zijn co-auteurs, die voor het eerst op dit idee kwam.
"Er is al veel onderzoek [waaruit blijkt dat koolstofmateriaal kan worden gesynthetiseerd door pyrolyse van plastic materiaal, " schrijft Lee. "Dus we verwachtten dat de transformatie van sigarettenpeuken in een energieopslagmateriaal een oplossing zou kunnen zijn voor twee voor mensen uitdagende problemen, milieu- en energieproblemen."
Het proces om gebruikte uiteinden te veranderen in supergeleidermateriaal vereist echter een behoorlijke hoeveelheid energie. Lee zegt dat de temperatuur van het filtermateriaal 5 graden per minuut moet worden verhoogd in een zuurstofvrije omgeving, totdat een maximale temperatuur van 900 graden Celsius is bereikt. Vervolgens wordt het materiaal twee uur op deze temperatuur gehouden. Dit proces is vergelijkbaar met hoe hout tot houtskool wordt verwerkt.
Eenmaal gemaakt, bekleedden de onderzoekers een elektrode met hun materiaal, in plaats van de actieve kool die wordt gebruikt in traditionele supercondensatoren, en testte zijn vermogen om op te laden en te ontladen door elektrolytionen te absorberen en vrij te geven.
Volgens het papier kon het materiaal afkomstig van gebruikte filters sneller laden en ontladen, en meer elektrische lading vasthouden dan traditionele materialen. Het materiaal was in staat om deze prestaties te behouden door 6000 laad- en ontlaadcycli tijdens het testen.
Elon Musk, oprichter van Tesla Motors, verklaarde in 2011 dat een doorbraak van supercondensatoren belangrijk zal zijn voor de toekomst van elektrische voertuigen. Maar verwacht niet dat toekomstige plug-in-auto's helemaal van batterijen zullen afzien. Het is het vermogen van de supercondensatoren om zeer snel enorme hoeveelheden vermogen te absorberen wanneer een voertuig remt, waardoor ze goed geschikt zijn voor EV's. De traditionele batterijen zouden dan langzaam die elektriciteit weer in hun cellen opnemen, waar het kan worden gebruikt om het bereik van het voertuig te vergroten. Het is onwaarschijnlijk dat supercondensatoren binnenkort de opslagmogelijkheden van chemische batterijen kunnen benaderen.
"Supercondensatoren worden gebruikt in toepassingen die snel moeten worden opgeladen / ontladen, terwijl batterijen worden gebruikt voor de grotere hoeveelheden energie", schrijft Lee. "Supercondensatoren moeten gelijktijdig in het gebruik van batterijen in elektronische apparaten worden geladen."
Omdat deze methode voor het verbeteren van supercondensatoren zich nog in de testfase bevindt, is het onduidelijk wanneer het gerecycleerde sigarettenmateriaal van het team zijn weg vindt naar voertuigen of andere apparaten. Maar het is duidelijk dat wanneer het tijd is om de productie op te voeren, er geen tekort aan sigarettenpeuken beschikbaar is om miljarden supercondensatoren te bouwen.
