Într-o descoperire științifică care ar fi invidia lui George Washington Carver însuși, este posibil ca oamenii de știință să fi utilizat cea mai ingenioasă utilizare a arahidei. Dar acestea nu sunt legumele populare pe care Carver le-a conceput în alimente, coloranți și produse cosmetice - ci ambalează alune. O echipă de ingineri chimici de la Universitatea Purdue a dezvoltat acum un mod fascinant de a reutiliza alunele de ambalare pentru fabricarea anodurilor de carbon, o componentă a bateriilor reîncărcabile care depășesc bateriile competitive pe piață.
Alunele de ambalare s-au dovedit a fi incredibil de utile în asigurarea sosirii în siguranță a coletelor voluminoase cu greutate adăugată neglijabilă. Cu toate acestea, ei sunt un diavol de care să dispună. Deoarece ocupă atât de mult spațiu și sunt costisitoare de transportat, multe servicii de reciclare a bordurilor nu mai acceptă alunele. Drept urmare, doar o fracțiune din alunele de ambalare sunt reciclate corespunzător.
Majoritatea rămasă sunt aruncate în depozitele de deșeuri unde pot reprezenta o amenințare semnificativă pentru mediu. În plus față de a lua mai multe generații pentru a se descompune, polistirenul (Styrofoam fiind marca comună) alune pe bază conțin substanțe chimice despre care se crede că sunt cancerigene. Ca răspuns la criticile acestor efecte nocive asupra mediului, producătorii au introdus alune biodegradabile pe bază de amidon non-toxice. Cu toate acestea, cercetătorii de la Purdue susțin că această alternativă „verde” poate conține, de asemenea, substanțe chimice potențial periculoase care sunt folosite pentru a „pufă” aceste alune.
Vilas Pol, profesor asociat la Școala de Inginerie Chimică Purdue și autor principal al studiului, spune că inspirația sa pentru proiect a venit în timp ce comanda materiale pentru noul său laborator experimental de cercetare a bateriilor. „Am primit o mulțime de echipamente și substanțe chimice conținute în multe cutii, toate pline cu alune de ambalare și, la un moment dat, mi-am dat seama că toate aceste arahide urmau să deșeze”, spune Pol. „Am vrut să facem ceva care să fie bun pentru societate și mediu.”
Bateriile cu ioni de litiu constau în principal dintr-un electrod (catod) pozitiv format dintr-o substanță pe bază de litiu, un electrod negativ (anod) format din carbon, o membrană polimerică care le separă și o substanță fluidă electrolită care poate transporta încărcătură prin membrană. Când bateria se încarcă, ionii de litiu pozitivi se deplasează de la catodul pozitiv la anodul negativ și sunt depozitați pe carbon. În schimb, atunci când bateria este în funcțiune, ionii de litiu curg în direcția opusă, generând energie electrică.
După o analiză inițială a relevat faptul că componentele primare ale arahidei de ambalare sunt carbonul, hidrogenul și oxigenul, echipa a căutat să dezvolte un proces care ar putea utiliza carbonul pentru a crea un anod pentru o baterie cu ioni de litiu. Prin încălzirea arahidei în condiții specifice, echipa a fost capabilă să izoleze carbonul, având grijă specială să elimine oxigenul și hidrogenul prin formarea de vapori de apă, pentru a nu crea un produs secundar periculos pentru mediu. Apoi, echipa a aplicat căldură suplimentară carbonului rămas, modelându-l în foi foarte subțiri, capabile să servească drept anod pentru bateria lor.
Surprinzător, noua baterie „ascendentă” a depășit cu mult așteptările oamenilor de știință - stocând mai multă încărcare generală, cu aproximativ 15%, și încărcând mai repede decât alte baterii cu litiu-ion comparabil. Se dovedește că procesul unic de fabricație al echipei a modificat inadvertent structura carbonului în avantajul lor. Cercetările ulterioare au relevat faptul că, atunci când apa a fost eliberată din amidon, a produs pori mici și cavități - crescând suprafața totală capabilă să țină încărcătura de litiu. Pol și colegii săi au descoperit, de asemenea, că procesul lor crește distanța dintre atomii de carbon - facilitând o încărcare mai rapidă, permițând ionilor de litiu acces mai eficient la fiecare atom de carbon. „Este ca și cum ai avea o ușă mai mare pentru care să străbată litiu”, spune Pol. „Și acest spațiu mai mare motivează litiul să se miște mai repede.”
În plus față de impactul pozitiv inerent asupra mediului al reutilizării alunelor, care altfel ar aglomera depozitele de deșeuri, izolarea carbonului pur din alune necesită energie minimă (doar 1.100 de grade Fahrenheit). În schimb, temperatura necesară pentru producerea carbonului convențional utilizat pentru anodurile bateriei este cuprinsă între 3.600 de grade și 4.500 de grade Fahrenheit și durează câteva zile, afirmă Pol.
Cercetătorii au solicitat un brevet pentru noua lor tehnologie, în speranța introducerii pe piață în următorii doi ani și intenționează să investigheze și alte utilizări pentru carbon. "Acesta este un proces foarte scalabil", spune Pol. Și „aceste baterii sunt doar una dintre aplicații. Carbonul este peste tot.
