Τα αποτσίγαρα αποτελούν ένα σημαντικό πρόβλημα για το περιβάλλον. Ωστόσο, ερευνητές έχουν βρει τον τρόπο να τα μετατρέψουν σε εξαρτήματα υψηλής απόδοσης για την αποθήκευση βιώσιμης ενέργειας.

Κατασκευασμένα κυρίως από οξική κυτταρίνη – έναν τύπο πλαστικού – τα αποτσίγαρα αποδομούνται εξαιρετικά αργά και απελευθερώνουν βαρέα μέταλλα στο έδαφος και στο νερό. Όμως, αυτό το ίδιο πολυμερές υλικό που τα καθιστά ρυπογόνα, φαίνεται να τα μετατρέπει και σε πολύτιμη πρώτη ύλη για νέες ενεργειακές τεχνολογίες, αναφέρει το Interesting Engineering.

Ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο Henan στην Κίνα ανακοίνωσε, ότι κατάφερε να μετατρέψει αποτσίγαρα σε προηγμένα νανοπορώδη ηλεκτρόδια για υπερπυκνωτές, συσκευές αποθήκευσης ενέργειας που θεωρούνται συμπληρωματικές ή εναλλακτικές στις συμβατικές μπαταρίες λιθίου. Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Energy & Environment Nexus, δείχνει, πώς ένα επικίνδυνο απόβλητο μπορεί να μετατραπεί σε υλικό υψηλής τεχνολογικής αξίας.

Η διαδικασία μετατροπής

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια διαδικασία γνωστή ως υδροθερμική ανθρακοποίηση, για να μετατρέψουν τα αποτσίγαρα σε ιεραρχικά νανοπορώδη βιοκάρβουνα (CNPBs) με πρόσμιξη αζώτου και οξυγόνου (N,O). Με τη θέρμανση του υλικού στους 700 βαθμούς Κελσίου και με χημική χάραξη, οι επιστήμονες άνοιξαν τις συμπαγείς σφαίρες άνθρακα σαν ποπ κορν. Αυτό δημιούργησε ένα τρισδιάστατο μικροσκοπικό πλέγμα σαν κηρήθρα, αρχιτεκτονική που προσφέρει τεράστια επιφάνεια, βασικό στοιχείο για την αποθήκευση ηλεκτρικού φορτίου σε υπερπυκνωτές. Η προσθήκη αζώτου και οξυγόνου στο υλικό βελτίωσε την ηλεκτρική αγωγιμότητα, οδηγώντας σε υψηλή ειδική χωρητικότητα.

Σε δοκιμές, τα ηλεκτρόδια πέτυχαν τιμές περίπου 345 farad ανά γραμμάριο, ενώ διατήρησαν πάνω από το 95% της αρχικής τους απόδοσης ακόμη και μετά από 10.000 κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης.

Η ανθεκτικότητα αυτή θεωρείται ιδιαίτερα σημαντική, καθώς οι συμβατικές μπαταρίες χάνουν σταδιακά την απόδοσή τους μετά από σχετικά μικρό αριθμό κύκλων.

Υπερπυκνωτές και μπαταρίες λιθίου

Οι υπερπυκνωτές αποθηκεύουν ενέργεια μέσω ηλεκτροστατικού φορτίου και μπορούν να φορτίζονται πολύ ταχύτερα από τις μπαταρίες λιθίου, ενώ εμφανίζουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Η απόδοσή τους εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το υλικό των ηλεκτροδίων, ειδικά από την επιφάνεια και την αγωγιμότητά τους. Το νέο υλικό από αποτσίγαρα, με την εκτεταμένη νανοδομή του, επιτρέπει στα ιόντα να κινούνται ταχύτερα, βελτιώνοντας την ενεργειακή πυκνότητα και την ισχύ.

Η αξιοποίηση των αποτσίγαρων ως πρώτης ύλης προσφέρει διπλό όφελος: περιορίζει την περιβαλλοντική ρύπανση και παράλληλα δημιουργεί χαμηλού κόστους υλικά για βιώσιμες ενεργειακές εφαρμογές.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, ο έλεγχος της χημικής επεξεργασίας επιτρέπει την παραγωγή ηλεκτροδίων, που μπορούν να ανταγωνιστούν ή και να ξεπεράσουν ακριβότερες εμπορικές λύσεις.

Οι ανακυκλωμένοι υπερπυκνωτές θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν σε εφαρμογές που απαιτούν γρήγορη φόρτιση και υψηλή ισχύ, όπως η σταθεροποίηση ηλεκτρικών δικτύων, η ενίσχυση της ανάκτησης ενέργειας στα ηλεκτρικά οχήματα και η τροφοδοσία φορητών συσκευών. Το παράδειγμα αυτό δείχνει πώς ένα ευρέως διαδεδομένο τοξικό απόβλητο μπορεί να μετατραπεί σε πολύτιμο πόρο για την ενεργειακή μετάβαση και τις τεχνολογίες του μέλλοντος.