Naturalny grafit wytwarzany z paliw kopalnych można zastąpić sztucznym – produkowanym z odpadów polimerowych i biomasy. Wpływ zanieczyszczeń na proces grafityzacji materiałów polimerowych opisali naukowcy z czterech uczelni, o czym informuje portal Nauka w Polsce.
Zagadnieniem syntezy grafitu ze sztucznych polimerów zajęli się naukowcy z Wojskowej Akademii Technicznej, Akademii Górniczo-Hutniczej oraz z Politechniki Warszawskiej i Uniwersytetu Warszawskiego. Wyniki opublikowali w czasopiśmie Carbon. Pierwszym autorem pracy jest Sławomir Dyjak z Wydziału Nowych Technologii i Chemii WAT.
Surowce, z jakich można wyprodukować syntetyczny grafit, to wieloskładnikowe kompozyty. Badacze przeanalizowali, jak różne składniki takich kompozytowych surowców wpływają na proces konwersji do grafitu. Wykazali, że – w specyficznych warunkach – katalityczna grafityzacja (tzn. grafityzacja wspomagana żelazem) może zachodzić w obniżonej temperaturze, mimo obecności tak niekorzystnych zanieczyszczeń, jak na przykład siarka. Zdaniem naukowców stanowi to krok w kierunku tańszej produkcji sztucznego grafitu z szerokiej gamy powszechnie dostępnych surowców odpadowych.
Poszukiwanie nowych metod syntezy grafitu z surowców niezależnych od rynku paliw kopalnych jest ważnym trendem w nauce. Rolę niewęglowych domieszek we wspomaganej żelazem grafityzacji węgli pochodzących z polimerów syntetycznych naukowcy opisali w czasopiśmie Carbon. W swych badaniach skupili się na tym, jak siarka wpływa na proces produkcji sztucznego grafitu.
„Grafit – materiał stosowany do produkcji ołówków – znalazł się ostatnio w centrum geopolitycznej zawieruchy” – powiedział PAP dr hab. Wojciech Kiciński, współautor pracy z WTC WAT. Przypomniał, że zaostrzono kontrolę eksportu z Chin wysokiej czystości grafitu syntetycznego i grafitu naturalnego płatkowego oraz wytwarzanych z nich produktów. To element rywalizacji gospodarczej dotyczącej m.in. elektromobilności.
„Chiny kontrolują około 90 proc. światowego rynku grafitu stosowanego do produkcji baterii do samochodów elektrycznych. Grafit naturalny jest obecnie klasyfikowany jako surowiec krytyczny przez Unię Europejską i Stany Zjednoczone, a zapotrzebowanie na ten materiał będzie szybko wzrastać. Grafit naturalny znajduje się na liście surowców o znaczeniu strategicznym i krytycznym dla Polski” – ocenił badacz, powołując się na publikowane wcześniej dane naukowe.
Podkreślił jednak, że obecnie najwięcej grafitu w skali przemysłowej zużywa się do produkcji stali, a nie do produkcji baterii do samochodów elektrycznych. Z szacunków autorów pracy wynika, że w 2018 światowa produkcja grafitu osiągnęła około 2,41 miliona ton (w tym 950 tys. ton grafitu naturalnego i 1,46 miliona ton grafitu syntetycznego). W tym czasie Chiny wyprodukowały 630 tys. ton grafitu naturalnego i 780 tys. ton grafitu syntetycznego, czyli odpowiadały za 68 proc. światowej produkcji grafitu naturalnego i 54 proc. syntetycznego.
„W jednym osobowym samochodzie elektrycznym na baterie litowo-jonowe jest około 70 kilogramów grafitu – a to ponad 10 razy więcej niż litu. Ale żeby grafit naturalny trafił do baterii, najpierw musi być odpowiednio oczyszczony i uformowany, co powoduje znaczne straty i w rzeczywistości masa grafitu naturalnego konieczna do wyprodukowania jednego samochodu osobowego przewyższa znacznie 100 kg. Grafit syntetyczny jest również powszechnie stosowany w produkcji aut elektrycznych, ale jest droższy od naturalnego, a do jego produkcji i tak stosuje się paliwa kopalne (koks naftowy i pak węglowy). Dlatego poszukuje się alternatywy” – uzasadnił naukowe poszukiwania dr hab. Kiciński.
Źródło: Nauka w Polsce