廃棄された紙袋、ボール紙、新聞紙、その他の紙製包装材からなる紙廃棄物は、綿やプラスチック製の廃棄物と比較して環境負荷が大きくなります。 これらは焼却すると地球温暖化に大きく寄与し、生成時に環境毒性をもたらす可能性があります。
からの科学者 南陽工科大学, シンガポール（NTUシンガポール）は、使い捨ての包装、袋、段ボール箱から出た古紙を、製品の重要な構成要素に変換する技術を開発しました。 リチウムイオン電池.
現在のイノベーションは、廃棄物をリサイクルし、エネルギーへの依存を軽減する機会を提供します。 化石燃料 これは、循環経済、グリーンマテリアル、クリーンエネルギーへの移行を加速すると同時に、大学がNTU 2025戦略計画を通じて取り組もうとしている、人類が直面するXNUMXつの大きな課題のXNUMXつである環境への影響を最小限に抑えるためのNTUの献身的な姿勢を反映しています。
科学者は炭化と呼ばれるプロセスを使用して、紙を純粋な炭素に変換しました。 このプロセスを使用して、彼らは紙の繊維を電極に変え、携帯電話、医療機器、電気自動車に電力を供給する充電式バッテリーを作ることができます。
その後、科学者たちは紙を高温にさらして炭化させました。 これにより、純粋な炭素、水蒸気、油に還元され、次の用途に使用できます。 バイオ燃料。 炭化は酸素のない状態で行われ、二酸化炭素の発生が最小限に抑えられるため、クラフト紙の廃棄方法としては、大量の残留物が発生する焼却よりも環境に優しい方法となります。 温室効果ガス.
研究チームの炭素アノードは、靭性、適応性、電気化学的品質の向上も示しました。 実験室での研究によると、陽極は今日の携帯電話用バッテリーの少なくとも 1,200 倍堅牢で、XNUMX 回の充放電に耐えられる可能性があります。 NTU が製造するアノードベースのバッテリーは、競合製品よりも物理的ストレスに耐えることができ、最大 XNUMX 倍優れた破砕エネルギーを吸収できます。
さらに、新しく開発された方法はエネルギー消費量が少なくなります。 安価な廃材を利用するため、製造コストの低減も期待できる。
このプロジェクトを主導したNTU機械・航空宇宙工学部のライ・チャンクアン助教授は次のように述べた。 「紙は、ギフト包装や美術工芸品から、頑丈な包装、保護包装、建設時の隙間の充填などの無数の産業用途に至るまで、私たちの日常生活のさまざまな場面で使用されています。 しかし、廃棄時には焼却以外にほとんど管理が行われず、その組成により高レベルの炭素排出が発生します。 クラフト紙に新たな命を吹き込み、電気自動車やスマートフォンなどのニーズの高まりにそれを注ぎ込む私たちの方法は、二酸化炭素排出量を削減し、鉱業や重工業の方法への依存を軽減するのに役立つでしょう。」
NTU の科学者らは、数枚の薄いクラフト紙を接続し、レーザーカットしてさまざまな格子トポロジーを作成し、その中にはスパイク状のピアタに似たものもあって、カーボンアノードを作成しました。 次に、紙を無酸素炉で摂氏 1200 度まで燃焼させて炭素に変換し、アノードを作成しました。
この研究の共著者であるNTU機械航空宇宙工学部の研究エンジニア、リム・グオ・ヤオ氏は次のように述べています。 「当社のアノードは、耐久性、衝撃吸収性、導電性など、現在の材料には見られない強みの組み合わせを示しました。 これらの構造的および機能的特性は、当社のクラフト紙ベースのアノードが現在の炭素材料に代わる持続可能かつ拡張可能な代替品であり、構造電池の初期分野など、要求の厳しいハイエンドの多機能用途で経済的価値を見出せることを示しています。」
プロジェクトを主導したNTU機械・航空宇宙工学部の頼昌泉助教授は次のように述べた。 「私たちの方法は、ありふれたどこにでもある素材である紙を、非常に耐久性があり需要の高い別の素材に変換します。 当社の負極が、電池の製造や不適切な廃棄物管理が環境に悪影響を及ぼしていることが判明している、持続可能で環境に優しい電池材料に対する世界の急速なニーズに応えることを願っています。」
NTU研究チームが行った研究の重要性を強調し、この研究には関与していない米国コーネル大学人間中心設計学部のフアン・ヒネストロザ教授は次のように述べた。 と「クラフト紙は非常に大量に生産され、世界中で同様に廃棄されるため、NTU シンガポールの研究者たちが開拓した創造的なアプローチは、地球規模で大きな影響を与える可能性があると私は信じています。 電極やフォームなどの高価値製品の原料として廃棄物の利用を可能にする発見は、実に大きな貢献となります。 この研究は新たな道を切り開き、世界中で大量に廃棄されている織物や包装材料など、他のセルロースベースの基材を変換する道を見つけるよう他の研究者に動機を与える可能性があると思います。」
ジャーナルリファレンス：
- Chang Quan Lai、Guo Yao Lim、Kai Jie Tai、Kang Jueh Dominic Lim、Linghui Yu、Pawan K.Kanaujia、Peiyuan Ian Seetoh。 機能性カーボンフォームの優れたエネルギー吸収特性と圧縮弾性は、積層造形クラフト紙から拡張可能かつ持続的に得られます。 積層造形、2022; 58：102992 DOI： 10.1016/j.addma.2022.102992
