폐기된 종이 봉지, 판지, 신문 및 기타 종이 포장으로 구성된 종이 폐기물은 면화 및 플라스틱으로 만든 폐기물에 비해 환경에 큰 영향을 미칩니다. 소각 시 지구 온난화에 크게 기여하고, 생산 시 환경 독성 가능성도 있습니다.
과학자 난양 공과 대학, 싱가포르(NTU Singapore)는 일회용 포장, 가방, 판지 상자에서 나온 폐지를 재활용품의 핵심 구성 요소로 전환하는 기술을 개발했습니다. 리튬 이온 전지.
폐기물을 재활용하고 에너지 의존도를 줄일 수 있는 기회를 제공하는 현재의 혁신 화석 연료 순환 경제, 녹색 재료 및 청정 에너지로의 전환을 가속화하는 동시에 대학이 NTU 2025 전략 계획을 통해 해결하고자 하는 인류가 직면한 XNUMX가지 주요 과제 중 하나인 환경에 대한 영향을 최소화하려는 NTU의 헌신을 반영합니다.
과학자들은 종이를 순수한 탄소로 전환하기 위해 탄화라는 과정을 사용했습니다. 이 공정을 사용하여 그들은 종이의 섬유를 전극으로 바꾸었으며, 이는 휴대폰, 의료 장비 및 전기 자동차에 전력을 공급하는 충전식 배터리로 만들 수 있습니다.
그런 다음 과학자들은 종이를 고온에 노출시켜 탄화시켰습니다. 이를 통해 순수한 탄소, 수증기 및 오일로 환원되어 다음 용도로 사용할 수 있습니다. 바이오 연료. 탄화는 산소가 없는 상태에서 발생하고 최소한의 이산화탄소를 생성하므로 많은 배출을 발생시키는 소각보다 환경 친화적인 크라프트지 폐기 방법입니다. 온실 가스.
연구팀이 개발한 탄소 양극은 인성, 적응성, 전기화학적 품질도 향상된 것으로 나타났다. 실험실 연구에 따르면 양극은 오늘날의 휴대폰 배터리에 사용되는 양극보다 최소 1,200배 이상 견고하며 XNUMX회 충전 및 방전을 견딜 수 있습니다. NTU가 생산한 양극 기반 배터리는 경쟁사보다 물리적 스트레스를 더 잘 견딜 수 있어 최대 XNUMX배 더 나은 파쇄 에너지를 흡수할 수 있습니다.
게다가 새로 개발된 방법은 에너지 집약도가 낮습니다. 저가의 폐자재를 사용하고, 제조원가도 낮출 수 있을 것으로 기대된다.
이 프로젝트를 주도한 NTU 기계항공우주공학부의 Lai Changquan 조교수는 다음과 같이 말했습니다. “종이는 선물 포장, 예술 및 공예에서부터 견고한 포장, 보호용 포장, 건설 현장의 빈 공간 메우기 등 다양한 산업 용도에 이르기까지 일상 생활의 다양한 측면에서 사용됩니다. 그러나 소각 외에는 폐기 시 관리가 거의 이루어지지 않고 있으며, 소각은 그 구성으로 인해 높은 수준의 탄소 배출을 발생시킵니다. 크라프트지에 또 다른 수명을 부여하여 전기 자동차 및 스마트폰과 같은 장치에 대한 수요가 증가하는 데 이를 활용하는 우리의 방법은 탄소 배출을 줄이고 광산 및 중공업 방법에 대한 의존도를 완화하는 데 도움이 될 것입니다.”
NTU 과학자들은 여러 개의 얇은 크라프트지 시트를 연결하고 레이저로 절단하여 다양한 격자 토폴로지를 생성했으며 그 중 일부는 뾰족한 피아타와 유사하여 탄소 양극을 생성했습니다. 그런 다음 종이를 무산소 용광로에서 섭씨 1200도까지 연소하여 탄소로 변환하여 양극을 만들었습니다.
이번 연구의 공동 저자이자 NTU 기계항공우주공학부의 연구 엔지니어인 Lim Guo Yao씨는 다음과 같이 말했습니다. “우리 양극재는 내구성, 충격흡수성, 전기전도성 등 기존 소재에서는 볼 수 없는 장점이 복합적으로 결합된 모습을 보였습니다. 이러한 구조적 및 기능적 특성은 우리의 크라프트지 기반 양극이 현재 탄소 재료에 대한 지속 가능하고 확장 가능한 대안이며 초기 구조용 배터리 분야와 같은 까다로운 고급 다기능 응용 분야에서 경제적 가치를 찾을 수 있음을 보여줍니다."
이 프로젝트를 주도한 NTU 기계항공우주공학부의 Lai Changquan 조교수는 이렇게 말했습니다. “우리의 방법은 일반적이고 어디에나 있는 재료인 종이를 내구성이 뛰어나고 수요가 높은 또 다른 재료로 전환합니다. 우리는 제조 및 부적절한 폐기물 관리로 인해 환경에 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타난 지속 가능하고 친환경적인 배터리 소재에 대한 전 세계적으로 빠르게 증가하는 수요에 우리 양극이 부응할 수 있기를 바랍니다.”
이번 연구에 참여하지 않은 미국 코넬대학교 인간중심디자인학과의 후안 히네스트로자(Juan Hinestroza) 교수는 NTU 연구팀이 수행한 작업의 중요성을 강조하며, 말했다"크라프트지는 매우 대량으로 생산되어 전 세계적으로 폐기되기 때문에 싱가포르 NTU 연구원들이 개척한 창의적인 접근 방식이 전 세계적으로 영향을 미칠 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있다고 믿습니다. 전극이나 폼과 같은 고부가가치 제품의 원료로 폐기물을 사용할 수 있는 발견은 실제로 큰 공헌입니다. 나는 이 연구가 새로운 길을 열 수 있고 다른 연구자들이 전 세계적으로 대량으로 폐기되고 있는 섬유 및 포장재와 같은 다른 셀룰로오스 기반 기질의 변형 경로를 찾도록 동기를 부여할 수 있다고 생각합니다.”
저널 참조 :
- Chang Quan Lai, Guo Yao Lim, Kai Jie Tai, Kang Jueh Dominic Lim, Linghui Yu, Pawan K. Kanaujia, Peiyuan Ian Seetoh. 적층 제조된 크라프트지에서 확장 가능하고 지속 가능하게 파생된 기능성 탄소 폼의 뛰어난 에너지 흡수 특성과 압축 탄력성. 첨가제 제조, 2022; 58: 102992 DOI: 10.1016/j.addma.2022.102992
