Wetenschappers maken goedkoop grafeen uit afval

Grafeen is een wondermateriaal. Het is echter extreem moeilijk en duur om te produceren. Wetenschappers ontwikkelden een nieuwe methode om van allerlei materiaal, waaronder afval, goedkoop grafeen te maken.

Grafeen is 200 keer sterker dan staal, flexibel, dun, transparant en een zeer goede geleider van warmte en elektriciteit. Dankzij deze bijzondere eigenschappen zou het een game-changer kunnen zijn.

Het probleem is echter de productie van de één-atoom-dikke laag koolstof. Dat vergt een complex en duur opdampproces waarbij een dunne laag van het materiaal op een substraat wordt aangebracht.  De prijzen variëren ergens tussen 65.000 euro en 200.000 euro voor duizend kilogram grafeen.

Wetenschappers aan de Rice University in Texas onder leiding van chemicus James Tour ontwikkelden een nieuwe methode om grafeen voor een fractie van de huidige productieprijs te produceren. Het unieke aan het proces is dat ze allerlei materialen als koolstofbron kunnen gebruiken zodat ze tegelijkertijd het afvalprobleem kunnen aanpakken.

Volgens Tour kunnen ze van bananenschillen, kolen, andere voedselafval, houtsnippers, maar ook plastic en autobanden grafeen maken.

De wetenschappers gebruiken Flash Joule heating in speciale reactor waarbij het bronmateriaal in een fractie van een seconde tot 3000 graden Kelvin (2726 graden Celsius) verhit wordt. Alle niet-koolstofelementen worden hierbij vergast. Wat achterblijft zijn vlokken grafeen. Bruikbare gassen zoals zuurstof en stikstof kunnen als bijproduct worden opgevangen. 

Volgens Tour kan je de reactor enkele seconde na het proces met je vinger aanraken. Het gros van de warmte gaat in het bronmateriaal en er is weinig verloren restwarmte.

Naast de mogelijkheid om grafeen uit allerlei afval te maken zou het een enorme positieve impact op de productie van beton kunnen hebben. Cement is goed voor maar liefst 8 procent van de totale menselijke CO2-uitstoot. Tour zegt dat een concentratie van 0,1 procent van flash grafeen aan beton zou worden toegevoegd, het één derde in de uitstoot van het gebruik van beton zou schelen.

"Door beton te versterken met grafeen kunnen we minder beton gebruiken en het zou minder kosten om te produceren en te vervoeren." Daarbij komt volgens Tour ook nog dat het aan het beton toe te voegen grafeen uit afval te maken reduceren we ook uitstoot van broeikasgassen.

De volgende stap is om de methode in het lab op te schalen. Tour wil binnen twee jaar iedere dag een kilogram grafeen in het lab produceren. Het team zegt dat het proces opgeschaald kan worden om industriële hoeveelheden te produceren.