По данным Всемирной организации здравоохранения, в мире насчитывается более миллиарда курильщиков, поэтому употребление табака - это не только проблема здравоохранения, но и серьезная экологическая проблема. Триллионы окурков в год выбрасываются, часто на землю, где они вызывают пожары, попадают в организм животных и выщелачивают химические вещества в землю и воду.
Группа южнокорейских исследователей из Лаборатории экологических материалов и процессов в Сеульском национальном университете нашла способ превратить окурки из вредных отходов в благо инициатив в области зеленой энергии.
В недавней статье в журнале Nanotechnology исследователи продемонстрировали одностадийный процесс превращения использованных сигаретных фильтров (основного компонента окурков) в материал, который можно использовать для накопления энергии в суперконденсаторах - компоненты, которые можно использовать вместе с батареями в электросеть, бытовая электроника и электромобили.
Суперконденсаторы превосходно обеспечивают быстрый прирост мощности при необходимости (например, когда вы нажимаете на ускоритель в электромобиле или в часы пик в электросети), снимая напряжение с аккумулятора, что лучше при подаче постоянного потока.
Легированный азотом (N-легированный) мезо- / микропористый гибридный углеродный материал (NCF), созданный из использованных сигаретных фильтров, имеет большую площадь поверхности, что делает его идеальным для накопления энергии в суперконденсаторах. (Нанотехнологии) Согласно документу, когда подвергается химическому разложению по методике, называемой пиролизом, волокна ацетата целлюлозы в фильтрах превращаются в углеродный материал с порами различного размера и большой площадью поверхности. Это делает материал идеальным для хранения энергии в суперконденсаторах, потому что ионам нужна физическая поверхность, чтобы цепляться за них. По мнению авторов, материал на основе стыка превосходит вещества, используемые в настоящее время в суперконденсаторах, такие как углерод, графен и углеродные нанотрубки.
Минза Ли, один из авторов газеты, говорит, что, поскольку правительство Южной Кореи рассматривает вопрос о повышении налогов на табачные изделия, сигареты были в умах многих людей. Но он говорит, что именно Гил-Пьо Ким, один из его соавторов, первым пришел к этой идее.
«Уже есть многочисленные исследования, [показывающие], что углеродный материал может быть синтезирован путем пиролиза пластического материала», - пишет Ли. «Таким образом, мы ожидали, что превращение окурков в материал для хранения энергии может стать решением двух сложных для человека проблем - проблем окружающей среды и энергетики».
Однако процесс превращения использованных прикладов в сверхпроводящий материал требует значительного количества энергии. Ли говорит, что температуру фильтрующего материала нужно увеличивать на 5 градусов в минуту в бескислородной среде, пока не будет достигнута максимальная температура 900 градусов по Цельсию. Затем материал выдерживают при этой температуре в течение двух часов. Этот процесс похож на то, как дерево превращается в древесный уголь.
После создания исследователи покрыли электрод своим материалом, а не активированным углем, используемым в традиционных суперконденсаторах, и проверил его способность заряжать и разряжать путем поглощения и высвобождения ионов электролита.
Согласно документу, материал, полученный из использованных фильтров, мог заряжаться и разряжаться быстрее, а также удерживать больше электрического заряда, чем традиционные материалы. Материал был способен поддерживать эту производительность в течение 6000 циклов зарядки и разрядки во время испытаний.
Элон Маск, основатель Tesla Motors, заявил в 2011 году, что прорыв суперконденсатора будет важен для будущего электромобилей. Но не ожидайте, что будущие подключаемые автомобили вообще откажутся от батарей. Именно способность суперконденсаторов очень быстро поглощать огромное количество энергии, когда автомобиль тормозит, делает их подходящими для электромобилей. Традиционные батареи будут затем медленно поглощать это электричество обратно в их ячейки, где оно может быть использовано для расширения диапазона автомобиля. Маловероятно, что суперконденсаторы приблизятся к возможностям хранения батарей на химической основе в ближайшее время.
«Суперконденсаторы используются в приложениях, которые требуют быстрой зарядки / разрядки, в то время как батареи используются для больших количеств энергии», - пишет Ли. «Суперконденсаторы должны загружаться в электронные устройства одновременно с использованием батарей».
Поскольку этот метод улучшения суперконденсаторов все еще находится на стадии тестирования, неясно, когда переработанный сигаретный материал команды попадет в транспортные средства или другие устройства. Но ясно, что когда придет время наращивать производство, не будет недостатка в окурках для создания миллиардов суперконденсаторов.
