Grafene dönüştürülmüş bir muz kabuğu, beton gibi inşaat malzemlerinin çevreye etkisini büyük ölçüde azaltabilecek. Hatta plastik de grafene dönüşebiliyor.
Popular Science Arşivinden
Rice Üniversitesinden James Tour kimya laboratuvarı, her tür karbon kaynağını grafen tanelerine dönüştürebiliyor. Bu yöntem hem çok ucuz, hem de çok hızlı gerçekleşiyor. James Tour’a göre “flaş grafen” tekniği bir ton kömürü, yemek artığını, hatta plastiği, diğer grafen üretme yöntemlerine göre çok daha ucuz bir şekilde dönüştürüyor.
“Bu önemli bir adım” diyor Tour: “Dünya çapında tüm yiyeceklerin %30-40 kadarı bayatladığı için çöpe gidiyor. Plastik de global bir problem. Karbon tabanlı tüm katı maddeleri (karışık plastik atıklar ve araba lastikleri dahil) grafene dönüştürebileceğimizi kanıtladık”.
“Flaş Grafen”, karbon içeren her türlü malzemenin 3000 Kelvin (2727⁰C) sıcaklıkta ısıtılması ile 10 milisaniyede üretiliyor. Bu malzemelere yemek atıkları, plastik atıklar, petrol koku, kömür, tahta da dahil. “Grafenin şu anki ticari değeri ton başına 200 bin dolara varabiliyor. Dolayısıyla bu işlemin avantajları büyük olacak” diyor Tour. Beton karmak için çimentoya katılacak %0.1 oranında flaş grafen bile çevresel etkisini 1/3 oranında azaltabiliyor. Çimento üretimiyle her yıl gerçekleşen karbondioksit emisyonu, insan kaynaklı CO2 üretiminin %8’ini oluşturuyor. Tour, “Betonu grafenle güçlendirerek binalarda çok daha az beton kullanabiliriz; üretimde ve taşımada maliyetleri düşürebiliriz” yorumunu yapıyor.
Araştırmacılar, tıpkı katı atık sahalarındaki yiyecek atıklarında gerçekleştiği şekilde, karbondioksit ve metan gibi sera gazlarını hapsediyorlar. Bu karbonları grafene dönüştürüp betona ekleyerek, beton üretiminde kullanılan CO2 üretimini azaltmak mümkün. Böylece grafen sayesinde iki taraflı bir kazanç elde edilebilir.
Makalenin yazarlarından, aynı zamanda C-Crete Technologies şirketinin de başkanı olan Rouzbeh Shahsavari, “Çöpleri hazineye dönüştürmek, döngüsel bir ekonominin kilit noktası” diyor. “Burada grafen çimento için hem bir 2B kalıp, hem de hidrasyonu ve güçlendirilmesinde kullanılacak bir katkı maddesi olarak iş görüyor”.
Tour’a göre geçmişte grafenin bu uygulamalarda kullanılması son derece pahalıydı. Flaş yöntemi sayesinde bu maliyetler büyük ölçüde düştüğü için atık yönetimi daha rahat yapılabilecek.
Tour, “Bizim yöntemimizle karbon sabitleniyor; tekrar havaya karışmıyor” diyor. Rice Üniversitesi kısa süre önce bir sıfır-emisyon inisiyatifi başlatmış, bu bağlamda benzin ve gaz hidrokarbonlarını yeniden kullanımla hiçbir CO2 emisyonu olmadan hidrojen gazına ve katı karbona dönüştürmek için adımlarını sıklaştırmıştı. Tour’un Flaş Grafen yöntemi de katı karbonu beton, asfalt, bina, otomobil, giyim ve diğer birçok sektörde kullanım için grafene dönüştürebilecek.
Flaş Grafen metodu, Tour laboratuvarında çalışan yüksek lisans öğrencisi ve makalenin birinci yazarı olan Duy Luong tarafından geliştirildi. Bu yöntem sayesinde, az miktarda grafen elde etmek için grafit soyma ve metal folyo üzerinde buhar biriktirme gibi yüksek maliyet ve çaba gerektiren diğer metotlara göre çok daha ucuz ve hızlı sonuç alınıyor. Ayrıca bu süreç sayesinde, ayrıştırması çok daha kolay olan, hizasız “turbostratik” grafen elde ediliyor. “Diğer yöntemlerde elde edilen grafeni ayrıştırmak son derece zor” diyor Tour; “(o yöntemlerde) katmanlar çok güçlü bir şekilde birbirine yapışıyor”.
Ayrıca turbostratik ile çalışmak çok daha kolay çünkü katmanlar arasındaki birleşme son derece düşük. Bir solüsyon veya kompozit yardımıyla rahatlıkla ayrıştırılabiliyor. “Bu gerçekten önemli, çünkü artık bu tek atomlu katmanların ana kompozit ile etkileşimini sağlayabiliyoruz”.
Laboratuvarın araştırmacıları ayrıca öğütülmüş kahveyi de tek katmanlı grafen yapraklarına dönüştürmeyi başardıklarını belirttiler. Plastik, metal, kontrplak, beton ve diğer inşaat malzemelerinin büyük miktarlar halinde grafene dönüştürülmesinin flaş grafen için büyük bir pazar olduğu da ayrıca vurgulanıyor. Araştırmacılar halihazırda grafenle güçlendirilmiş beton ve plastik üzerinde testler gerçekleştiriyorlar.
Nasıl Oluşuyor?
Flaş işlemi, malzemeyi son derece hızlı bir şekilde ısıtan ve karbon dışındaki tüm elementleri gaza dönüştüren özel olarak tasarlanmış bir reaktörde meydana geliyor. “Bu işlem üretim sektöründe yerini aldığında, flaş reaktöründen çıkan oksijen ve azot gibi değerli elementler küçük moleküller halinde hapsedilebilir” diyor Tour.
Flaş işleminde çok düşük bir ısı açığa çıkıyor. Enerjinin büyük kısmı hedefe yönlendiriliyor. Öyle ki, Tour’ a göre “işlemden birkaç saniye sonra parmağınızı reaktörün üzerine koyabilirsiniz”. Ayrıca bu işlem, daha önce grafen üretmek için kullanılan kimyasal buhar fırınlarından 3 kat daha sıcak; ancak flaş işlemi sırasında ısı karbon malzeme üzerine yoğunlaştırılıyor ve çevresindeki reaktöre ulaşmıyor: “Artan enerjinin tamamı, son derece parlak bir kamera flaşı gibi ışık olarak ortaya çıkıyor ve herhangi bir solvent olmadığı için gayet temiz bir işlem”. Yöntemi geliştiren Luong, ilk ufak çaplı cihazı geliştirirken grafen elde etmeyi beklemediğini, yeni malzeme fazları araştırmak istediğini ve deneye karbon siyahı ile başladığını söylüyor.
Makalenin diğer yazarlarından olan Ksenia Bets de malzemenin hızlı dönüşümü için sıcaklığın önemli bir faktör olduğunu onaylıyor: “Yavaş gerçekleşen bir jeolojik süreci hızlandırdık ve karbonun temel hali olan grafite dönüşmesini sağladık”. Ani bir ısı artışı ile hızlandırılmasının yanında bu işlem aynı zamanda doğru zamanda durduruluyor”.
James Tour laboratuvarı, kısa süre önce ABD Enerji Bakanlığı tarafından fonlanan bir proje ile iki yıl içinde günde bir kilogram flaş grafen üretecek.
