المخاطر البيئية المرتبطة بموجة الغرافين المتصاعدة – التلوث في عملية التصنيع

على الرغم من أن المخاوف البيئية المتعلقة بمادة الجرافين نفسها لا تحظى باهتمام تقريبًا، إلا أن المشاكل البيئية الناتجة عن عملية إنتاج الجرافين على نطاق صناعي قد بدأت تظهر الآن. هل سيؤثر الإنتاج الضخم للجرافين على البيئة، وكيف يمكن استرداد الملوثات الناتجة؟ “هذه هي القضايا التي نناقشها عندما نجتمع معًا”. ”قال فانغ تشونغتشينغ، المدير التنفيذي لشركة شيامن كاينا لتكنولوجيا الجرافين المحدودة. كانت نتائج النقاش متباينة للغاية. يعتقد فنغ غوانبينغ، رئيس مجلس إدارة معهد جيانغنان للجرافين التابع لمؤسسات البحث العلمي في مدينة تشانغتشو بمقاطعة جيانغسو، أن صناعة الجرافين هي صناعة خضراء وصديقة للبيئة. لكن هناك أيضًا آراء من خبراء في الصناعة تميل إلى الطرف الآخر، حيث يعتقدون أن بعض شركات إنتاج الجرافين “لا تستطيع بشكل صارم اجتياز التقييم البيئي”. حاليًا، تستخدم الصناعة بشكل واسع طريقتي الترسيب الكيميائي في الفاز (CVD) وطريقة الأكسدة والاختزال لإنتاج الجرافين، رغم أن هاتين الطريقتين لا تزالان غير ناضجتين بعد. تعتمد تقنية الترسيب الكيميائي في الفاز على استخدام غازات تحتوي على الكربون مثل الميثان كمواد خام، وفي درجات حرارة عالية، يتم ترتيب ذرات الكربون بشكل منظم على السطح المعدني، مما يؤدي إلى “نمو” طبقة رقيقة من الجرافين، ويتم قياس سمك هذه الطبقة بالأمتار المربعة. يعتقد القطاع بشكل عام أن هذه الطريقة في التصنيع لن تسبب أعباءً على البيئة. تكمن المخاطر البيئية بشكل رئيسي في طريقة الأكسدة والاختزال. يتم في هذه الطريقة التحضيرية تفاعل الجرافيت مع حمض قوي لإنتاج أكسيد الجرافيت، ثم يتم تفتيته لتكوين جرافين أكسيد، وبعد ذلك يتم إضافة عامل اختزال للحصول على مسحوق الجرافين. تتطلب طريقة الأكسدة والاختزال استهلاك كميات كبيرة من الماء وحمض الكبريتيك، مما يؤدي في الوقت نفسه إلى توليد كميات هائلة من المياه الملوثة بالأحماض والحمض الزائد. عادةً ما يحتوي مسحوق الجرافين المنتج على طبقات متعددة من ذرات الكربون، ومقارنةً بالجرافين أحادي الطبقة بالمعنى الدقيق، فإن أداءه يتأثر سلبًا. لا توجد إحصائيات رسمية حول عدد شركات إنتاج الجرافين في البلاد، كما أن بعض الشركات لا تكشف للخارج عن طاقتها الإنتاجية وطرق التصنيع الخاصة بها. ووفقًا لتقديرات الأمين العام للاتحاد، لي يي تشون، فإن هناك 3 شركات حاليًا قادرة على إنتاج أغشية الجرافين بكميات كبيرة، بينما هناك 5 شركات قادرة على إنتاج مسحوق الجرافين بكميات كبيرة (بطاقة إنتاجية تصل إلى 10 أطنان في السنة). وفي مدينة دونغقوان، هناك شركة واحدة قادرة على إنتاج عجينة الجرافين بكميات كبيرة. بالإضافة إلى ذلك، قامت عشرات الشركات بإنشاء خطوط إنتاج تجريبية لإنتاج الجرافين. تستخدم الغالبية العظمى من الشركات التي تنتج مسحوق الجرافين طريقة الأكسدة والاختزال. “الجرافيت المتمدد هو جرافيت وزنه طن يُضاف إليه طنان من حمض الكبريتيك، وهذا كافٍ لإحداث تلوث. إذا استمررت في استخدام هذه الطريقة (طريقة الأكسدة والاختزال)، ألن يزيد ذلك من التلوث؟ ”تقوم شركة هونغنا (دونغقوان) لتكنولوجيا المواد الجديدة بإنتاج عجينة الجرافين، حسب ما قال رئيس مجلس الإدارة لي تشي. تختلف عملية التصنيع لدى هذه الشركة عن النوعين المذكورين أعلاه، و"تعتبر سرًا تجاريًا لا يمكن الكشف عنه". لكن، التلوث الفعلي ليس بارزًا. بالإضافة إلى قلة عدد الشركات وانخفاض القدرة الإنتاجية، فإن أحد الأسباب الأخرى هو أن معظم الشركات لا تعمل يوميًا. قال لي ييتشون إن التطبيقات النهائية للجرافين حاليًا لا تواكب التطورات، مما يعيق إنتاج الجرافين وتطور صناعته. “(العديد من الشركات) تقوم ببناء خطوط إنتاج، ثم تنتج دفعة واحدة، وعندما يظهر عملاء في السوق، تنتج دفعة أخرى. ” لكن، بمجرد تحقيق اختراق في التطبيقات، قد يشهد قطاع الجرافين تطورًا سريعًا للغاية. في مؤتمر الابتكار في مجال الجرافين الصيني الدولي الذي عُقد في 29 أكتوبر 2015، كشف زهو تشانغي، مدير إدارة صناعة المواد الخام في وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات، عن أن خطة التنمية لصناعة المواد الجديدة، بما في ذلك الجرافين، ستُصدر قريبًا في إطار الخطة الخمسية الثالثة عشرة. “هذا العام هو السنة الأولى لتصنيع الجرافين على نطاق صناعي، ومن المتوقع أن تصل مبيعاته إلى خمسمائة مليون، بينما من المتوقع أن تصل المبيعات في العام القادم إلى عدة مليارات على الأقل. ”قال لي يي تشون: "مثل شركة دونغقوان هونغنا، كانت في العام الماضي تمتلك خط إنتاج بسعة مئة طن من المادة الخام، أما هذا العام فقد وصلت سعتها إلى عشرة آلاف طن، وإن عملية التوسع سريعة جدًا". ”

يشكل معالجة التلوث 10% من التكلفة الإجمالية. “أما شركات إنتاج الجرافين الأخرى، فلم تصل بعد إلى حجم كافٍ، ولذلك لا يوجد لديها هذا الحاجة الملحة.” نحن، كشركة معالجة النفايات الخطرة، نشعر بالقلق الشديد إذا لم تأتِ لجمع الأحماض النفايات يومًا واحدًا. ” واقفًا أمام 8 أوعية تفاعلية بارتفاع 5 أمتار، وفي ظل ضجيج الآلات الهائل، بدا رو هونغجونغ، مدير شركة تشانغتشو لتكنولوجيا المواد العنصرية السادسة المحدودة (المشار إليها فيما يلي باسم “العنصر السادس”)، قلقًا للغاية. العنصر السادس هو أحد الشركات القليلة التي تعمل يوميًا. بطاقة إنتاج سنوية تبلغ مائة طن، أي متوسط إنتاج يومي يزيد عن ثلاثمائة كيلوغرام. ووفقًا لرو هونغجونغ، فإن الشركة تحتل المرتبة الأولى بين الشركات المحلية التي تستخدم طريقة الأكسدة والاختزال في إنتاج مسحوق الجرافين. إن إنتاج الجرافين بطريقة الأكسدة والاختزال يتطلب كميات كبيرة من الماء والأحماض، وهذا أمر متفق عليه في الصناعة. لكن طرق التصنيع في كل مصنع تختلف، وبالتالي فإن النسب المحددة تختلف أيضًا. قام لو هونغجونغ بحساب متطلبات العنصر السادس: فلإنتاج طن واحد من الجرافين، يلزم من 40 إلى 50 طنًا من حمض الكبريتيك، بالإضافة إلى 120 إلى 150 طنًا من الماء النقي. في صناعة الأسمدة، التي تستهلك أكبر كمية من حمض الكبريتيك، يلزم استخدام حوالي 360 كيلوغرامًا من حمض الكبريتيك لإنتاج طن واحد من الأسمدة الفوسفاتية. ووفقًا لتقرير “تقييم كفاءة استخدام المياه في الصناعات ذات الاستهلاك العالي للمياه في الصين” الصادر عن معهد الصين لعلوم المياه والطاقة الكهرومائية في عام 2015، فإن صناعة النفط في الصين استخدمت ما بين 1.1 إلى 7.3 أطنان من المياه لتصنيع طن واحد من المنتجات في عام 2011. وفي خطوة إزالة الشوائب وحدها، يلزم استخدام حوالي 30 طنًا من الماء لإنتاج طن واحد من الجرافين. ووفقًا لما ذكره لو هونغجونغ، عندما تم إنتاج العنصر السادس بكميات كبيرة في عام 2013، كان استخدام خمسين إلى ستين طنًا من الماء لتنظيف طن واحد من الجرافين، أما الآن فإن نسبة استخدام الماء أصبحت 1:30، وهو نتيجة لتحسين العمليات الإنتاجية. وما يزيد من معاناته، هو تكلفة معالجة الأحماض المستعملة المرتفعة. يتم إضافة كبريتيك الحمض بتركيز لا يقل عن 1:40 كعامل أكسدة إلى وعاء التفاعل، وبعد انتهاء التفاعل، وبسبب تخفيف التركيز، يتضاعف حجم الحمض الفائض تقريبًا. ووفقًا للوائح ذات الصلة، يجب تسليم هذه الأحماض المستعملة إلى شركات مخولة بمعالجة النفايات الخطرة. “طن واحد من حمض الكبريتيك، سعر شرائه 500 يوان فقط، وعندما يتحول إلى طنين من الحمض الفاسد، تطلب مني الشركة المسؤولة عن معالجته 800 يوان. المبلغ الذي أنفقته على المواد الحمضية بلغ 1300، وهو مبلغ كبير جدًا. ”يشعر لو هونغجونغ بضغط كبير. أخبر لو هونغجونغ مراسلي صحيفة “ساوثرن ويك إند” أن تكلفة معالجة النفايات الناتجة عن الإنتاج في المصنع تشكل حاليًا 10% من التكلفة الإجمالية. “إن مشاركة الشركات الكيميائية الأخرى بنسبة 1% تعتبر أمرًا رائعًا بالفعل. تبلغ تكلفة إنتاج طن واحد من الجرافين حاليًا ما بين مليوني وثلاثة ملايين، ونعتقد أنها لا تزال مرتفعة جدًا. ” أنشأ هو شيفنغ، الأستاذ المساعد في قسم الكيمياء بجامعة مونتكلير الحكومية في الولايات المتحدة، مصنعًا في مدينة جينينغ بمقاطعة شاندونغ، حيث يستخدم طريقة الأكسدة والاختزال لإنتاج الجرافين. وتبلغ الطاقة الإنتاجية الحالية 2 طن سنويًا، كما تم مؤخرًا إنشاء خط إنتاج بطاقة 30 طنًا. وقال إن تكلفة معالجة النفايات الثلاثة داخل المصنع “ربما تكون أعلى من 10% من التكلفة الإجمالية”. في مصنعه، ينتج إنتاج طن واحد من الجرافين عشرين إلى ثلاثين طنًا من الأحماض الضارة. “هذا الضغط كبير جدًا. بصراحة، هذه بالفعل مشكلة كبيرة.

لولا الحديث عن ذلك، لما عرفنا المشاكل التي يسببها ذلك للبيئة، ولا يبقى سوى الأمل في القيام بحماية البيئة أثناء التطور.

عندما أرى هذا، أتذكر السيليكون المتعدد البلورات منذ 10 سنوات

النظام القانوني + الأخلاق + المسؤولية = إنتاج نظيف

في السنوات الماضية، كان هناك الكثير من الممارسات التي تتم دون مراعاة للظروف، وهي ممارسات تشبه قتل الدجاج من أجل الحصول على بيضه. الأرباح في الفيلم، بغض النظر عن أي شيء آخر، يجب أن تتحسن الآن. من الأفضل عدم فعل ما قد يسبب المصائب للأحفاد.

من وجهة النظر الحالية للعمل بسرعة وبكفاءة، من المرجح أن يكون ذلك هو مصير السيليكون المتعدد البلورات التالي: L

يذكرني بصناعة الطاقة الشمسية في السنوات السابقة! في الواقع، أفضل نوع من مسحوق الجرافين يمكن تحضيره حاليًا (في الوقت الحالي) هو ذلك النوع الذي يتم فيه إدخال طبقات بين جزيئات الجرافين في الحالة الصلبة، مع حدوث تمدد في الحالة السائلة؛ ولا يتعرض سطح الجرافين للتلف بسبب الأحماض أو القواعد القوية، كما أن الجرافين لا يحتوي على أي مجموعات وظيفية. وفي مجال التطبيقات، يمكن لكل شخص أن يشارك بشكل مستقل في تعديل خصائص الجرافين! مرحبًا بالتواصل، ويشات: six_river