Çöpe giden kabuklar insanlığı kurtaracak
Dünya genelinde yer fıstığı üretimi her yıl 10 milyon tondan fazla kabuk atığının birikmesine yol açıyor. Ancak bilim insanları, bu biyokütle atığını grafene benzer karbon malzemelerine dönüştürmenin yeni bir yolunu keşfetti. Araştırmaya göre genellikle çöpe atılan ya da düşük değerli alanlarda kullanılan yer fıstığı kabukları, ileri teknoloji malzemeler üretiminde önemli bir kaynak olabilir.
Grafen, karbon temelli yapısı sayesinde son derece dayanıklı, hafif ve ısı ile elektriği çok iyi ileten bir malzeme olarak tanımlanıyor. Günümüzde çeşitli alanlarda kullanılan grafenin, gelecekte tüketici elektroniğini önemli ölçüde geliştirme potansiyeline sahip olduğu belirtiliyor.
Ancak grafenin büyük ölçekte üretimi zor ve maliyetli olduğu için alternatif üretim yöntemleri enerji sistemleri, veri depolama ve modern teknolojiler açısından büyük önem taşıyor.
Avustralya’daki New South Wales Üniversitesi liderliğinde yürütülen yeni araştırma, yer fıstığı kabuklarının grafen üretimini hem daha ucuz hem de bazı geleneksel sentez yöntemlerine kıyasla daha çevre dostu hale getirebileceğini ortaya koydu.
Araştırmacılara göre kabuk atıklarının büyük bölümü ya atılıyor ya da potansiyelini tam kullanmayan düşük değerli uygulamalara yönlendiriliyor.
Araştırmanın temelinde, bitkilerin çoğunda bulunan ve karbon açısından zengin doğal bir polimer olan lignin yer alıyor.
Yer fıstığı kabuklarında bulunduğu bilinen bu maddenin en verimli şekilde nasıl işleneceğini belirlemek için ekip farklı hazırlama yöntemlerini test etti.
Ardından “flash joule heating” adı verilen bir süreç uygulandı; bu yöntemde malzeme milisaniyeler içinde 3 bin santigrat derecenin üzerine çıkan elektriksel bir ısı darbesine maruz bırakılıyor. Bu ani ısı, karbon atomlarını yeniden düzenleyerek grafitik yapılar oluşturuyor.
Araştırmacılar, sürecin başarısında kabukların ön hazırlık aşamasının kritik rol oynadığını belirledi. En iyi sonuç, yaklaşık 500 °C’de beş dakika süren dolaylı Joule ısıtması ve ardından kısa süreli daha yüksek sıcaklık uygulamasını içeren aşamalı bir ön işlemle elde edildi. Bu işlem safsızlıkları gidererek kabukları, ham malzemeye kıyasla çok daha iletken olan karbon açısından zengin bir kömüre dönüştürdü ve nihai grafende kusurların azalmasını sağladı.
Ortaya çıkan grafen yüksek kalite gösterse de genellikle birkaç grafen katmanının turbostratik bir düzen içinde üst üste gelmesinden oluşuyor.
Araştırmacılar, yöntemin ticari ölçekte uygulanabilir hale gelmesinin üç ila dört yıl sürebileceğini belirtiyor. Çalışma aynı zamanda başlangıç malzemesinin dikkatle kontrol edilmesinin grafen kalitesini önemli ölçüde artırdığını da ortaya koyuyor.
Ekip, laboratuvar aşamasındaki bu yöntemi geliştirmeye devam etmeyi planlıyor. Araştırmacılar ayrıca kahve telvesi, muz kabukları ve benzeri diğer biyokütle türlerinin de aynı yaklaşımla grafene dönüştürülüp dönüştürülemeyeceğini test etmek istiyor.
Araştırmanın sonuçları Chemical Engineering Journal Advances dergisinde yayımlandı.