Ifølge Verdens helseorganisasjon er mer enn en milliard røykere over hele verden ikke tobakksbruk bare et helseproblem, men også et stort miljøproblem. Billetter med sigarettstumper i året blir kastet ut, ofte på bakken, der de forårsaker branner, blir svelget av dyr og utvask kjemikalier i bakken og vannet.
En gruppe sørkoreanske forskere ved Environmental Material & Process Lab ved Seoul National University har funnet en måte å transformere sigarettstumper fra skadelig avfall til en velsignelse for tiltak for grønn energi.
I en fersk artikkel i tidsskriftet Nanotechnology demonstrerte forskerne en et-trinns prosess for å gjøre om brukte sigarettfiltre (hovedkomponenten i rumper) til et materiale som kan brukes til å lagre energi i superkapasitorer - komponenter som kan brukes sammen med batterier i det elektriske nettet, forbrukerelektronikk og elektriske kjøretøy.
Superkondensatorer utmerker seg med å levere et raskt kraftøkning når det trengs (si når du treffer gasspedalen i en elbil, eller i rushtiden i et elektrisk nett), og stresser batteriet, noe som er bedre til å levere en konstant strøm.
Den nitrogen-dopede (N-dopede) meso- / mikroporøse hybridkarbonmaterialet (NCF), laget av brukte sigarettfiltre, har et stort overflateareal, noe som gjør det ideelt for energilagring i superkapasitorer. (Nanoteknologi) I følge papiret blir celluloseacetatfibrene i filtrene omdannet til et karbonmateriale med porer i varierende størrelse og et stort overflateareal når de blir utsatt for kjemisk nedbrytning i en teknikk som kalles pyrolyse. Dette gjør materialet ideelt for energilagring i superkapsler, fordi ionene trenger en fysisk overflate å feste seg til. I følge forfatterne utkonkurrerer det rumpebaserte materialet stoffer som nå brukes i superkapsler, som karbon, grafen og karbon nanorør.
Minzae Lee, en av avisens forfattere, sier at fordi den sørkoreanske regjeringen vurderer å heve tobakkavgifter, var sigaretter i manges sinn. Men han sier at det var Gil-Pyo Kim, en av hans medforfattere, som først kom på denne ideen.
"Det er allerede forsket [som viser] at karbonmateriale kan syntetiseres ved pyrolyse av plastmateriale, " skriver Lee. "Så vi forventet at transformasjonen av sigarettstumper til et energilagringsmateriale kan være en løsning på to menneskelige utfordrende spørsmål, miljø- og energiproblemer."
Prosessen med å forvandle brukte rumper til superledermateriale krever imidlertid en god del energi. Lee sier at temperaturen på filtermaterialet må økes 5 grader per minutt i et oksygenfritt miljø, inntil en maksimal temperatur på 900 grader er nådd. Deretter holdes materialet ved denne temperaturen i to timer. Denne prosessen ligner på hvordan trevirkes til kull.
Når forskerne var opprettet, belagte en elektrode med materialet sitt, i stedet for det aktiverte karbonet som ble brukt i tradisjonelle superkapsler, og testet evnen til å lade og tømme ved å absorbere og slippe elektrolyttioner.
I følge papiret var materialet hentet fra brukte filtre i stand til å lade og tømme raskere, samt holde mer elektrisk lading enn tradisjonelle materialer. Materialet var i stand til å opprettholde denne ytelsen gjennom 6000 ladnings- og utladningssykluser under testing.
Elon Musk, grunnlegger av Tesla Motors, uttalte i 2011 at et gjennombrudd av superkonditor vil være viktig for fremtiden for elektriske kjøretøyer. Men ikke forvent at fremtidige plug-in-biler vil gi avkall på batterier helt. Det er superkondensatorenes evne til å raskt absorbere enorme mengder kraft når et kjøretøy bremser, noe som gjør dem til god passform for EV-er. De tradisjonelle batteriene ville deretter sakte absorbere den elektrisiteten tilbake i cellene, der den kunne brukes til å utvide kjøretøyets rekkevidde. Det er usannsynlig at superkapsler vil nærme seg lagringsevnen til kjemiske baserte batterier når som helst.
"Superkapasitorer brukes i applikasjoner som krever hurtig lading / utladning, mens batterier brukes til større mengder energi, " skriver Lee. "Superkapacitorer bør legges i elektroniske enheter samtidig med bruk av batterier."
Siden denne metoden for å forbedre superkapsler er fortsatt i testfasen, er det uklart når teamets resirkulerte sigarettmateriale vil finne veien inn i kjøretøyer eller andre enheter. Men det er klart at når tiden er inne for å øke produksjonen, vil det ikke være mangel på sigarettstumper tilgjengelig for å bygge milliarder av superkapasitorer.
