Il riscaldamento flash joule ricicla la plastica in nanomateriali per impianti

17 febbraio 2023 di Sean Whooley

Il riscaldamento Flash Joule può essere utilizzato per produrre nanotubi e nanofibre di carbonio da rifiuti plastici misti, un metodo che è più efficiente del 90% rispetto ai processi di produzione esistenti. Il diametro dei nanotubi può essere controllato modificando la potenza o il catalizzatore utilizzato. (Immagine per gentile concessione di Tour lab/Rice University)

Gli scienziati della Rice University hanno sviluppato un modo per trasformare i rifiuti di plastica riciclata in un nanomateriale di carbonio ibrido per una moltitudine di usi.

I ricercatori prevedono che la produzione di plastica triplicherà entro il 2050, mentre i rifiuti di plastica a livello globale sono raddoppiati negli ultimi 20 anni. La maggior parte dei rifiuti finisce nelle discariche, negli inceneritori o altrimenti mal gestiti, hanno affermato, citando l’Organizzazione per la cooperazione e lo sviluppo economico.

Secondo un comunicato stampa, alcune stime suggeriscono che solo il 5% dei rifiuti viene riciclato.

Lo studente laureato della Rice e autore principale di uno studio, Kevin Wyss, e un team hanno trovato un nuovo modo per sfruttare al meglio questi rifiuti. Lo studio, pubblicato su Advanced Materials, ha dimostrato come Wyss e colleghi, nel laboratorio del chimico James Tour, abbiano utilizzato il riscaldamento flash Joule per trasformare la plastica in preziosi nanotubi di carbonio e nanomateriali ibridi.

“Siamo stati in grado di realizzare un nanomateriale di carbonio ibrido che ha sovraperformato sia il grafene che i nanotubi di carbonio disponibili in commercio”, ha affermato Wyss.

Tali nanomateriali offrono forza e robustezza chimica con bassa densità e molta area superficiale. Combinati con la capacità di conduttività e di assorbimento elettromagnetico a banda larga, offrono usi in applicazioni mediche, industriali ed elettroniche.

"La cosa veramente interessante dei nostri risultati questa volta è che siamo stati in grado di realizzare questi nanotubi di carbonio con pezzi di grafene attaccati alle estremità", ha detto Wyss. “Si può pensare alla struttura di questo nuovo nanomateriale ibrido come simile a germogli di soia o lecca-lecca. Normalmente sono molto difficili da realizzare e il fatto che siamo riusciti a realizzarli con la plastica di scarto è davvero speciale”.

Secondo i ricercatori, la struttura di questo nanomateriale ne migliora le prestazioni.

Wyss rispetto a tirare fuori un filo da un maglione. Se si tira un filo “dritto e liscio” può fuoriuscire abbastanza facilmente e rovinare l’intreccio. Con questi nanotubi di carbonio, avere masse di grafene attaccate alle estremità li rende più difficili da rimuovere, rafforzando il composito.

“Si può anche pensare in questo modo: se si forma una scheggia, è facile estrarla. Ma se vieni punto con qualcosa che ha una curva all'estremità, come un amo da pesca, è molto più difficile da estrarre", ha spiegato Wyss.

I ricercatori “lampeggiano” la plastica a temperature superiori a 3.100 Kelvin (circa 5.120 gradi Fahrenheit). Macinano il materiale in piccoli pezzi, aggiungono ferro e mescolano un carbonio diverso, ad esempio il carbone, per la conduttività.

Secondo i ricercatori, il riscaldamento Flash Joule offre vantaggi “notevolmente” maggiori in termini di efficienza energetica rispetto ai processi esistenti. Affermano che fornisce anche vantaggi più rispettosi dell’ambiente rispetto ai metodi di produzione di nanotubi esistenti.

“Riciclare la plastica costa più della semplice produzione di nuova plastica”, ha aggiunto. “Ci sono pochissimi incentivi economici per riciclare la plastica. Ecco perché ci siamo rivolti all'upcycling, ovvero alla trasformazione di materiali di scarto di scarso valore in qualcosa con un valore monetario o d'uso più elevato. Se riusciamo a trasformare i rifiuti di plastica in qualcosa di più prezioso, le persone potranno guadagnare denaro essendo responsabili nel modo in cui gestiscono la plastica scartata”.

“Rispetto ai metodi commerciali per la produzione di nanotubi di carbonio attualmente utilizzati, il nostro utilizza circa il 90% in meno di energia e genera il 90%-94% in meno di anidride carbonica”, ha affermato Wyss.