Van, amikor a legnagyobb ipari problémákra a legváratlanabb helyről érkezik a válasz — most szó szerint a szemetesből. A Pennsylvaniai Állami Egyetem (Penn State) kutatói olyan eljárást dolgoztak ki, amellyel a hétköznapi PET-palackokból kiváló minőségű szintetikus grafit állítható elő, amely a jövőben akár lítiumion-akkumulátorok anódanyagaként is szolgálhat. Ha ez a technológia beválik, egyszerre old meg két, egymástól látszólag távoli problémát: csökkenti a műanyaghulladék mennyiségét, és enyhíti az akkumulátoriparra nehezedő nyomást, amely egyre nehezebben jut hozzá elegendő grafithoz.
Miért pont a grafit a szűk keresztmetszet?
A grafit az egyik legfontosabb, ám a nyilvánosság előtt viszonylag ismeretlen alapanyaga a modern akkumulátoriparnak. Ez alkotja a lítiumion-akkumulátorok anódját, vagyis azt a réteget, amely az elektromos töltés tárolásáért és leadásáért felel — anód nélkül egyszerűen nincs működő akkumulátorcella. Az elektromos járművek, a hálózati energiatárolók és a fogyasztói elektronika iránti kereslet egyidejű növekedésével az akkumulátor-minőségű grafit iránti igény is rohamosan emelkedik, miközben a kitermelés és a finomítás továbbra is néhány földrajzi térségre koncentrálódik. (A globális grafitfinomítás jelentős része ma Kínához köthető, ami stratégiai kockázatot jelent minden más régió akkumulátorgyártása számára — ez az egyik fő ok, amiért az alternatív, helyben előállítható grafitforrások, mint a most bemutatott PET-alapú eljárás, különösen felértékelődnek.) Eközben a PET a világ egyik legnagyobb mennyiségben használt műanyaga, amelynek jelentős hányada a meglévő újrahasznosítási rendszerek ellenére sem kerül vissza a körforgásba, hanem hulladékként végzi.
Hogyan lesz szemétből akkumulátor-alapanyag?
A Penn State kutatócsoportja a Diamond and Related Materials tudományos folyóiratban publikálta az eredményeit, és a módszer lényege meglepően egyszerűen hangzik: a polietilén-tereftalátot (PET) kis mennyiségű grafén-oxiddal kombinálják, majd egy gondosan szabályozott hőkezelési folyamatnak vetik alá. A kísérletek során a kutatók először apró darabokra zúzták a PET-műanyagot, majd összekeverték a grafén-oxiddal, és azt találták, hogy a legjobb minőségű grafit akkor keletkezik, amikor a grafén-oxid aránya 2,5 százalék. Ez az arány segíti elő a rendezett grafitkristályok kialakulását — az elkészült anyag pedig a vizsgálatok szerint rendezettebb kristályszerkezettel rendelkezik, mint a kereskedelmi forgalomban kapható természetes grafit, ami az akkumulátor-teljesítmény szempontjából kulcsfontosságú tulajdonság.
A titok: nincs szükség fémkatalizátorra
A hagyományos szintetikusgrafit-előállítási eljárásokkal szemben ennél a módszernél nincs szükség fémkatalizátorok — például vas, nikkel vagy kobalt — alkalmazására. Ennek köszönhetően elmaradnak azok a költséges és időigényes tisztítási lépések is, amelyek egyébként a fémmaradványok eltávolításához kellenének. „A legtöbb ember egy műanyag palackot hulladéknak tekint, miután kiürült. A kutatásunk azonban azt mutatja, hogy ugyanebből az anyagból értékes grafit állítható elő, amely a modern akkumulátortechnológiák egyik nélkülözhetetlen alapanyaga” — mondta Shakshi Sekar, a kutatás vezető szerzője. Sekar szerint a fémkatalizátorok mellőzése kevesebb vegyszer felhasználását is lehetővé teszi, ami tisztább és környezetkímélőbb végterméket eredményez — vagyis a módszer nemcsak a végtermék minőségében, hanem a gyártási folyamat környezeti terhelésében is előrelépést jelenthet.
Még korai a győzelmi jelentés
Fontos ugyanakkor leszögezni, hogy a fejlesztés még kifejezetten korai kutatási szakaszban jár, és a laboratóriumi eredmények önmagukban nem garantálják az ipari alkalmazhatóságot. A kutatók következő lépése annak vizsgálata lesz, hogy az eljárás nagy ipari méretekben is gazdaságosan kivitelezhető-e, valamint hogy az így előállított grafit hogyan viselkedik valódi, teljes értékű akkumulátorcellákban — hiszen a laboratóriumi anyagminták és a sorozatgyártásra kész alapanyagok között gyakran évekig tartó fejlesztési szakadék húzódik. Ha azonban a további tesztek is megerősítik a kezdeti eredményeket, a PET-palackok a jövőben nem csupán újrahasznosított műanyagként, hanem az akkumulátorgyártás egyik alapanyagaként is új életet kaphatnak.
Illeszkedik egy nagyobb trendbe
A Penn State kutatása jól illeszkedik abba a világszerte zajló törekvésbe, amely új, alternatív nyersanyagforrásokat keres az akkumulátorgyártás számára. A grafit-újrahasznosítás fejlesztése mellett egyre több kutatóintézet és vállalat dolgozik azon, hogy csökkentse a kritikus nyersanyagok felhasználását, és különféle hulladékáramokat — a PET-től kezdve más ipari melléktermékekig — hasznosítson újra az akkumulátoriparban. Ez a fajta megközelítés hosszú távon nemcsak a nyersanyag-ellátás biztonságát javíthatja, hanem az akkumulátorgyártás ökológiai lábnyomát is csökkentheti, ami a magyar és közép-európai EV-piac szempontjából sem elhanyagolható szempont, hiszen a régió akkumulátoripara jelentős mértékben importált alapanyagokra épül.
Kövesd az e-cars.hu-t a Facebookon is, további tartalmakért! ›
