I et videnskabeligt gennembrud, der ville være misundelse af George Washington Carver selv, har forskere måske fundet den mest geniale brug af jordnødden endnu. Men dette er ikke den populære bælgplante, som Carver skabte mad, farvestoffer og kosmetik - de pakker jordnødder. Et team af kemiske ingeniører ved Purdue University har nu udviklet en fascinerende måde at genbruge pakning af jordnødder til fremstilling af kulstofanoder, en komponent af genopladelige batterier, der overgår konkurrencedygtige batterier på markedet.
Pakning af jordnødder har vist sig at være utroligt hjælpsomme med at sikre en sikker ankomst af voluminøse pakker med ubetydelig tilsat vægt. De er dog en djævel at bortskaffe. Fordi de tager så meget plads og er dyre at transportere, accepterer mange genbrugstjenester på gaden ikke længere jordnødder. Som et resultat genvindes kun en brøkdel af pakning af jordnødder korrekt.
Det resterende flertal bliver dumpet på deponeringsanlæg, hvor de kan udgøre en betydelig miljøtrussel. Ud over at tage flere generationer til at nedbrydes, indeholder polystyren (styrofoam som det almindelige mærke) jordnødde jordnødder kemikalier, der menes at være kræftfremkaldende. Som svar på kritik af disse skadelige miljøeffekter introducerede producenter ikke-giftig stivelsesbaseret, biologisk nedbrydelig jordnødder. Ikke desto mindre hævder forskerne på Purdue, at dette "grønne" alternativ også kan indeholde potentielt farlige kemikalier, der bruges til at "puffe op" disse jordnødder.
Vilas Pol, lektor ved Purdue's School for Chemical Engineering og hovedforfatter af studiet, siger, at hans inspiration til projektet kom, mens han bestilte materialer til hans nye eksperimentelle batteriforskningslaboratorium. ”Vi fik en masse udstyr og kemikalier indeholdt i mange kasser, alle fyldt med pakning af jordnødder, og på et tidspunkt indså jeg, at alle disse jordnødder spildt, ” siger Pol. ”Vi ønskede at gøre noget, der var godt for samfundet og miljøet.”
Lithium-ion-batterier består primært af en positiv elektrode (katode) lavet af et lithiumbaseret stof, en negativ elektrode (anode) lavet af kulstof, en polymermembran, der adskiller dem og et elektrolytfluidisk stof, der kan bære ladning gennem membranen. Når batteriet oplades, bevæger positive lithiumioner sig fra den positive katode til den negative anode og opbevares på kulstof. Omvendt, når batteriet er i brug, flyder litiumionerne i den modsatte retning og genererer elektricitet.
Efter en første analyse afslørede, at de primære komponenter i pakning af jordnødder er kulstof, brint og ilt, forsøgte teamet at udvikle en proces, der kunne bruge kulstoffet til at skabe en anode til et lithium-ion-batteri. Ved at opvarme jordnødderne under specifikke forhold var teamet i stand til at isolere kulstoffet ved at være særlig omhyggelig med at bortskaffe ilt og brint gennem dannelse af vanddamp for ikke at skabe et biprodukt, der var farligt for miljøet. Holdet påførte derefter yderligere varme til det resterende kulstof, og støbte det til meget tynde lag, der kunne tjene som en anode til deres batteri.
Overraskende overskred det nye “upcyklerede” batteri langt forskernes forventninger - og lagrede mere samlet ladning med ca. 15 procent og opladning hurtigere end andre sammenlignelige lithium-ion-batterier. Det viser sig, at holdets unikke fremstillingsproces utilsigtet ændrede kulstofstrukturen til deres fordel. Yderligere undersøgelse afslørede, at når vand blev frigivet fra stivelsen, producerede det små porer og hulrum - hvilket øgede det samlede overfladeareal, der er i stand til at holde lithiumladningen. Pol og hans kolleger opdagede også, at deres proces øgede afstanden mellem kulstofatomer - hvilket letter en hurtigere ladning ved at give lithiumionerne mere effektiv adgang til hvert carbonatom. ”Det er som om du har en større dør til litium at rejse igennem, ” siger Pol. ”Og dette større rum motiverer lithium til at bevæge sig hurtigere.”
Ud over den iboende positive miljøpåvirkning ved genbrug af jordnødder, der ellers ville fylde deponeringsanlæg, kræver isolering af rent kulstof fra jordnødderne minimal energi (kun 1.100 grader Fahrenheit). I modsætning hertil er temperaturen, der kræves for at producere konventionelt kulstof, der bruges til batterianoder, mellem 3.600 grader og 4.500 grader Fahrenheit og tager flere dage, siger Pol.
Forskerne har ansøgt om et patent på deres nye teknologi i håb om at bringe det på markedet i de næste to år og planlægger også at undersøge andre anvendelser af kulstoffet. ”Dette er en meget skalerbar proces, ” siger Pol. Og ”disse batterier er kun et af applikationerne. Kulstof er overalt.
