Śmieci przetwarzane w cenny grafen dosłownie z przeskokiem iskry elektrycznej. Taki pomysł na łamach czasopisma "Nature" ogłosili właśnie naukowcy z Rice University. Opracowana przez nich technologia, na razie w warunkach laboratoryjnych, pozwala wytwarzać płaskie, jednoatomowej grubości warstwy węgla praktycznie z każdego, zawierającego węgiel, materiału. To może być i drewno, i plastikowe odpady, mogą to być także resztki żywności. Taki grafen, dodany w minimalnych ilościach do betonu, może go gwałtownie wzmocnić. Metoda daje szanse na zmniejszenie ilości wyrzucanych do środowiska naturalnego odpadów, z drugiej strony ograniczenia emisji gazów cieplarnianych np. przy okazji produkcji cementu.
Metoda opracowana w Rice University, w laboratorium chemika Jamesa Toura, pozwala przetwarzać w cenny materiał praktycznie wszystko, co zawiera węgiel. Technika tzw. flash grafenu pozwala przetwarzać tony odpadów w grafen za ułamek kosztów normalnej produkcji tego materiału. "To coś naprawdę ważnego" - twierdzi Tour. "Świat wyrzuca na śmietnik nawet 30-40 proc. popsutej żywności, mamy gigantyczny problem z odpadami plastikowymi, a tu się okazuje, że każdy oparty na weglu materiał stały, choćby zużyte opony samochodowe, czy odpadki żywności, możemy przekształcić w cenny grafen".
Jak pisze "Nature", grafen powstaje w specjalnym laboratoryjnym reaktorze w wyniku podgrzania zawierającego węgiel materiału do temperatury około 3000 kelvinów. W czasie wyładowania elektrycznego między elektrodami pod napięciem 200 V, w ciągu 10 milisekund, dochodzi do rozerwania wszystkich wiązań chemicznych i uwolnienia się innych pierwiastków w postaci gazów. Pozostaje sam węgiel, tworzący grafenową strukturę. Przy obecnych cenach wytwarzania grafenu, sięgających od 67000 do 200000 dolarów za tonę, tego typu produkcja, na odpowiednio duzą skalę może okazać się bardzo opłacalna. Co ważne, powstające warstwy grafenu mają taką strukturę, że łatwo je od siebie oddzielić.
Metoda przynosi korzyści na różnych polach. Po pierwsze pozwala otrzymać tańszy grafen. Po drugie, ogranicza ilość wyrzucanych do środowiska, a często bardzo trudnych do utylizacji, śmieci. Po trzecie wreszcie dodatek grafenu, nawet minimalny, poprawia właściwości wielu materiałów. Jak twierdzi Tour, dodatek zaledwie 0,1 proc. grafenu na tyle poprawia właściwości cementu, że pozwoliłby ograniczyć środowiskowe skutki jego produkcji nawet o jedną trzecią. Tymczasem produkcja cementu prowadzi do emisji aż 8 proc. wytwarzanego przez przemysł dwutlenku węgla.
Laboratoryjny reaktor przeprowadza reakcję szybko i czysto, emitując tylko nieszkodliwe gazy, tlen i azot. Jeśli uda się tę technologię wdrożyć na skalę przemysłową, te gazy będzie można spokojnie odzyskiwać i wykorzystywać. Reakcja jest wydajna, energia zużywa się głównie na rozerwanie wiązań chemicznych, emisja ciepła jest niewielka. Na razie urządzenie działa na skalę laboratoryjną, autorzy metody chcą w ciągu dwóch lat zwiększyć produkcję grafemu do mniej więcej kilograma dziennie. To byłby dobry początek zastosowań już na większą skalę.
