I et vitenskapelig gjennombrudd som ville være misunnelse for George Washington Carver selv, kan forskere kanskje ha kommet frem til den mest geniale bruken av peanøtten ennå. Men dette er ikke den populære belgfrukten som Carver laget til mat, fargestoffer og kosmetikk - de pakker peanøtter. Et team av kjemiske ingeniører ved Purdue University har nå utviklet en fascinerende måte å gjenbruke pakking av peanøtter til fremstilling av karbonanoder, en komponent av oppladbare batterier som overgår konkurransedyktige batterier i markedet.
Pakking av peanøtter har vist seg å være utrolig nyttige for å sikre en trygg ankomst av klumpete pakker med ubetydelig tilført vekt. Imidlertid er de en djevel å avhende. Fordi de tar så mye plass og er dyre å transportere, aksepterer mange resirkuleringstjenester på gaten ikke lenger peanøtter. Som et resultat gjenvinnes bare en brøkdel av pakking peanøtter.
Det resterende flertallet blir dumpet i deponier hvor de kan utgjøre en betydelig miljøtrussel. I tillegg til å ta flere generasjoner å dekomponere, inneholder polystyren (pyroam som vanlig merke) baserte peanøtter kjemikalier som antas å være kreftfremkallende. Som svar på kritikk av disse skadelige miljøeffektene introduserte produsenter ikke-giftig stivelsesbasert, biologisk nedbrytbar peanøtter. Likevel hevder forskerne på Purdue at dette “grønne” alternativet også kan inneholde potensielt farlige kjemikalier som brukes til å “puffe opp” disse peanøttene.
Vilas Pol, førsteamanuensis ved Purdue's School of Chemical Engineering og hovedforfatter av studien, sier hans inspirasjon for prosjektet kom mens han bestilte materiale til hans nye eksperimentelle batteriforskningslaboratorium. "Vi fikk mye utstyr og kjemikalier i mange bokser, alle med pakking av peanøtter, og på et tidspunkt skjønte jeg at alle disse peanøttene skulle kaste bort, " sier Pol. "Vi ønsket å gjøre noe som var bra for samfunnet og miljøet."
Litium-ion-batterier består primært av en positiv elektrode (katode) laget av et litiumbasert stoff, en negativ elektrode (anode) laget av karbon, en polymer membran som skiller dem og et elektrolyttfluidsubstans som kan føre ladning gjennom membranen. Når batteriet lades, beveger positive litiumioner seg fra den positive katoden til den negative anoden og lagres på karbonet. Motsatt, når batteriet er i bruk, flyter litiumionene i motsatt retning og genererer strøm.
Etter at en innledende analyse avslørte at de primære komponentene i pakking av peanøtter er karbon, hydrogen og oksygen, forsøkte teamet å utvikle en prosess som kunne bruke karbonet til å lage en anode for et litiumionbatteri. Ved å varme opp peanøttene under spesifikke forhold, var teamet i stand til å isolere karbonet, og passet spesielt på å kaste oksygen og hydrogen gjennom dannelse av vanndamp, for ikke å skape et biprodukt som var miljøfarlig. Teamet tilførte deretter ekstra varme til det gjenværende karbonet, og støpte det til veldig tynne ark som kunne tjene som en anode for batteriet.
Overraskende overgikk det nye “oppcyklede” batteriet stort sett forskernes forventninger - og lagret mer totalladning, med rundt 15 prosent, og ladet raskere enn andre sammenlignbare litium-ion-batterier. Det viser seg at teamets unike produksjonsprosess utilsiktet endret strukturen i karbonet til deres fordel. Videre undersøkelser avdekket at når vann ble frigjort fra stivelsen, produserte det små porer og hulrom - og økte det totale overflatearealet som var i stand til å holde litiumladningen. Pol og kollegene oppdaget også at prosessen deres økte avstanden mellom karbonatomene - noe som muliggjorde en raskere ladning ved å gi litiumionene mer effektiv tilgang til hvert karbonatom. "Det er som om du har en større dør for litium å reise gjennom, " sier Pol. "Og dette større rommet motiverer litium til å bevege seg raskere."
I tillegg til den iboende positive miljøpåvirkningen ved å gjenbruke peanøtter som ellers ville mengde deponier, krever isolering av rent karbon fra jordnøttene minimal energi (bare 1100 grader Fahrenheit). Derimot er temperaturen som kreves for å produsere konvensjonelt karbon brukt til batterianoder mellom 3600 grader og 4500 grader Fahrenheit og tar flere dager, opplyser Pol.
Forskerne har søkt patent på den nye teknologien deres, i håp om å bringe den på markedet i løpet av de neste to årene, og planlegger å undersøke andre bruksområder for karbonet også. "Dette er en veldig skalerbar prosess, " sier Pol. Og “disse batteriene er bare ett av programmene. Karbon er overalt.
