Τα πλαστικά μπουκάλια μιας χρήσης ενδέχεται σύντομα να μπορούν να φορτίζουν ηλεκτρονικές συσκευές αντί να επιβαρύνουν τους χώρους υγειονομικής ταφής. Ερευνητές ανέπτυξαν νέες μεθόδους ανακύκλωσης του τερεφθαλικού πολυαιθυλενίου (PET) από απορριφθέντα μπουκάλια, μετατρέποντάς το σε εξαρτήματα για υπερπυκνωτές, συσκευές που αποθηκεύουν και αποδεσμεύουν ενέργεια γρήγορα.
Σε δοκιμές, ένας πλήρως πλαστικός υπερπυκνωτής κατασκευασμένος από PET ξεπέρασε σε απόδοση μια παρόμοια συσκευή που χρησιμοποιεί παραδοσιακό διαχωριστή από υαλονήματα, αποδεικνύοντας την προοπτική της τεχνολογίας που μετατρέπει τα απορρίμματα σε ενέργεια.
Ο επικεφαλής ερευνητής Γιουν Χανγκ Χου δήλωσε: «Το PET χρησιμοποιείται για την παραγωγή άνω των 500 δισεκατομμυρίων μπουκαλιών αναψυκτικών μιας χρήσης κάθε χρόνο, γεγονός που δημιουργεί τεράστιες ποσότητες πλαστικών αποβλήτων και αποτελεί σοβαρή περιβαλλοντική πρόκληση». Όπως πρόσθεσε, «οι υπερπυκνωτές που προέρχονται από PET έχουν τεράστιες δυνατότητες εφαρμογής στους τομείς των μεταφορών, των ηλεκτρονικών και των καταναλωτικών συσκευών, καθώς και στη βιομηχανία και σε εξειδικευμένα πεδία».
Από το πλαστικό στα ηλεκτρόδια
Η μετατροπή του PET σε ηλεκτρικά αγώγιμο άνθρακα αποτελεί μια βιώσιμη προσέγγιση για την κατασκευή εξαρτημάτων υπερπυκνωτών. Οι συσκευές αυτές βασίζονται σε πορώδη ηλεκτρόδια άνθρακα για αποδοτική και επαναλαμβανόμενη αποθήκευση ενέργειας.
Η ομάδα του Χου ανέπτυξε μια διαδικασία δύο σταδίων. Για την παραγωγή των ηλεκτροδίων, τα μπουκάλια κόπηκαν σε κόκκους μεγέθους κόκκων κουσκούς, αναμείχθηκαν με υδροξείδιο του ασβεστίου και θερμάνθηκαν υπό κενό σε θερμοκρασία περίπου 700 βαθμών Κελσίου. Η διαδικασία αυτή μετέτρεψε το πλαστικό σε πορώδη ανθρακική σκόνη, η οποία στη συνέχεια συνδυάστηκε με μαύρο άνθρακα και πολυμερικό συνδετικό για τη δημιουργία λεπτών στρώσεων ηλεκτροδίων.
Για τον διαχωριστή, μικρά κομμάτια PET μεγέθους γραμματοσήμου ισιώθηκαν και τρυπήθηκαν με θερμές βελόνες, προκειμένου να βελτιστοποιηθεί η ροή του ρεύματος μέσω του υγρού ηλεκτρολύτη.
Η ρύπανση από πλαστικά αποτελεί ολοένα και σοβαρότερη παγκόσμια κρίση. Κάθε χρόνο παράγονται πάνω από 500 δισεκατομμύρια πλαστικά μπουκάλια μιας χρήσης, με εκατομμύρια από αυτά να καταλήγουν σε χωματερές, ωκεανούς και υδάτινα οικοσυστήματα. Τα πλαστικά αυτά χρειάζονται εκατοντάδες χρόνια για να αποσυντεθούν, προκαλώντας βλάβες στη θαλάσσια ζωή και στα οικοσυστήματα, ενώ τα ποσοστά ανακύκλωσης παραμένουν εξαιρετικά χαμηλά, καθώς μόλις το 9% των πλαστικών αποβλήτων ανακυκλώνεται παγκοσμίως.
‘Οπως αναφέρει το interestingengineering, η ανακύκλωση του PET προσφέρει μια απτή λύση. Η μετατροπή των πλαστικών αυτών σε εξαρτήματα υπερπυκνωτών όχι μόνο αποτρέπει τη συσσώρευση απορριμμάτων στους χώρους ταφής, αλλά και παρέχει βιώσιμες, υψηλής απόδοσης επιλογές για την αποθήκευση ενέργειας.
Για τη συναρμολόγηση της συσκευής, η ερευνητική ομάδα εμβάπτισε δύο πορώδη ηλεκτρόδια άνθρακα σε ηλεκτρολύτη υδροξειδίου του καλίου και τα διαχώρισε με το διάτρητο φύλλο PET. Ο υπερπυκνωτής που προέκυψε και βασίστηκε σε PET διατήρησε το 79% της χωρητικότητάς του, έναντι 78% που πέτυχε μια συσκευή με διαχωριστή από υαλονήματα.
Κυκλική αποθήκευση ενέργειας
«Η έρευνα αυτή εισάγει μια πιθανή στρατηγική μετατροπής των απορριμμάτων PET σε εξαρτήματα υπερπυκνωτών, ανοίγοντας νέους δρόμους για κυκλικές τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας», δήλωσε ο Χου. Η ανακυκλωμένη συσκευή είναι επίσης φθηνότερη στην παραγωγή σε σύγκριση με τα συμβατικά μοντέλα και πλήρως ανακυκλώσιμη.
«Με περαιτέρω βελτιστοποίηση, οι υπερπυκνωτές που προέρχονται από PET θα μπορούσαν ρεαλιστικά να περάσουν από το στάδιο των εργαστηριακών πρωτοτύπων σε εμπορικές συσκευές μέσα στα επόμενα πέντε έως δέκα χρόνια, καθώς αυξάνεται η ζήτηση για βιώσιμες και ανακυκλώσιμες τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας», ανέφερε χαρακτηριστικά.
Η μελέτη υπογραμμίζει πώς τα καθημερινά πλαστικά απορρίμματα μπορούν να επαναπροσδιοριστούν ως υλικά υψηλής απόδοσης για εφαρμογές καθαρής ενέργειας, από τα ηλεκτρονικά έως τις μεταφορές. Με αυτό τον τρόπο οι ερευνητές στοχεύουν να αντιμετωπίσουν ταυτόχρονα τις προκλήσεις της αποθήκευσης ενέργειας και της πλαστικής ρύπανσης.
Τα ευρήματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό ACS Energy & Fuels.
