Die mit dem Aufkommen von Graphen verbundenen Umweltrisiken – Verschmutzung im Herstellungsprozess

Obwohl die Umweltbedenken im Zusammenhang mit dem Graphenmaterial selbst kaum Beachtung finden, sind die Umweltprobleme bei der industriellen Herstellung von Graphen bereits in den Vordergrund getreten. Kann die Massenproduktion von Graphen die Ökologie beeinträchtigen? Wie kann die Verunreinigung im Nachgang beseitigt werden? – Das sind die Fragen, die wir besprechen, wenn wir uns treffen. ”Sagte Fang Chongqing, Geschäftsführer von Xiamen Kaina Graphene Technology Co., Ltd. Die Ergebnisse der Diskussionen waren äußerst unterschiedlich. Feng Guanping, Ehrenvorsitzender des Jiangnan Graphene Research Institute, einer wissenschaftlichen Einrichtung in Changzhou, Provinz Jiangsu, ist der Ansicht, dass die Graphenindustrie zu den umweltfreundlichen Industrien gehört. Aber es gibt auch Ansichten anonymer Brancheninsider, die zum anderen Extrem tendieren und der Ansicht sind, dass einige Graphenhersteller „im strengen Sinne überhaupt keine Umweltprüfung bestehen würden“. Derzeit wird in der Industrie hauptsächlich die Methode der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) sowie die Redox-Methode zur Herstellung von Graphen eingesetzt, obwohl diese Verfahren noch nicht ausgereift sind. Bei der chemischen Vaporphasenabscheidung werden Kohlenstoffhaltige Gase wie Methan als Ausgangsstoffe verwendet. Unter hohen Temperaturen werden die Kohlenstoffatome nacheinander auf einer Metallunterlage angeordnet, wodurch Schichten aus Graphen entstehen – deren Fläche in Quadratmetern gemessen werden kann. In der Branche wird allgemein angenommen, dass diese Herstellungsweise keine Belastung für die Umwelt darstellt. Umweltrisiken bestehen hauptsächlich bei den Redoxverfahren. Bei dieser Herstellungsweise entsteht durch die Reaktion von Graphit mit starken Säuren Graphitoxid. Durch Aufschlüsselung wird daraus Graphenoxid, und durch Hinzufügen eines Reduktionsmittels erhält man schließlich Graphenpulver. Die Redox-Methode erfordert große Mengen an Wasser und Schwefelsäure und führt gleichzeitig zu großen Mengen an saurem Abwasser sowie Abfallssäure. Hergestelltes Graphenpulver enthält in der Regel mehrere Kohlenstoffschichten, wodurch seine Leistung im Vergleich zu reinem Einfachschicht-Graphen nachlässt. Es gibt derzeit keine zuverlässigen Statistiken darüber, wie viele Unternehmen im Inland Graphen herstellen. Einige Unternehmen geben außerdem ihre Produktionskapazitäten sowie Herstellungsverfahren nicht an die Öffentlichkeit preis. Laut Schätzungen des Generalsekretärs der Allianz, Li Yichun, gibt es derzeit drei Unternehmen, die Graphenfolien in Serienproduktionsumfang herstellen. Fünf Unternehmen sind in der Lage, Graphenpulver in Serienproduktionsumfang herzustellen – mit einer Produktionskapazität von 10 Tonnen pro Jahr. In Dongguan gibt es ein Unternehmen, das Graphenpaste in Serienproduktion herstellt. Außerdem haben noch zwei- bis dreißig Unternehmen Pilotanlagen zur Herstellung von Graphen errichtet. Die überwiegende Mehrheit der Unternehmen, die Graphenpulver herstellen, verwendet die Redox-Methode. “Expansiver Graphit entsteht, wenn man zwei Tonnen Schwefelsäure zu einer Tonne Graphit hinzufügt – das ist bereits ausreichend, um Umweltverschmutzung zu verursachen. Wenn du wieder diese Methode (Redox-Methode) anwendest, verursachst du dadurch nicht noch mehr Umweltverschmutzung? ”Hongna (Dongguan) New Materials Technology Co., Ltd. produziert Graphenpaste, so der Vorstandsvorsitzende Li Qi. Das Herstellungsverfahren dieses Unternehmens unterscheidet sich von den beiden oben genannten Verfahrenen; es handelt sich dabei um ein Geschäftsgeheimnis, das nicht preisgegeben werden darf. Allerdings ist die tatsächliche Verschmutzung nicht ausgeprägt. Neben der geringen Anzahl von Unternehmen und der niedrigen Produktionskapazität ist ein weiterer Grund, dass die meisten Unternehmen nicht täglich in Betrieb sind. Li Yichun sagte, dass die nachgelagerten Anwendungen von Graphen derzeit nicht mit dem Fortschritt Schritt halten und somit die Produktion sowie die Entwicklung der Graphenindustrie behindern. “(Viele Unternehmen) bauen einfach die Produktionslinien auf, produzieren eine Charge, und sobald es Abnehmer gibt, produzieren sie eine weitere Charge. ” Sobald jedoch eine Anwendung entwickelt wird, könnte die Entwicklung der Graphenindustrie rasant voranschreiten. Auf der China International Graphene Innovation Conference am 29. Oktober 2015 gab Zhou Changyi, Leiter der Abteilung für Rohstoffindustrie im Ministerium für Industrie und Informationstechnologie, bekannt, dass in Kürze ein Plan zur Entwicklung neuer Materialindustrien – einschließlich Graphen – veröffentlicht werden soll. “Dieses Jahr ist das erste Jahr der Industrialisierung von Graphen. Die erwarteten Umsätze liegen bei fünfhundert Millionen, im nächsten Jahr werden es mindestens mehrere Milliarden sein. ”Li Yichun sagte: „Wie bei Dongguan Hongna – letztes Jahr hatte man dort noch eine Anlage zur Herstellung von hundert Tonnen Paste pro Jahr, dieses Jahr bereits zehntausend Tonnen. Es ist also sehr einfach, solche Anlagen nachzubauen.“ ”

Die Kosten für die Schadstoffbeseitigung machen 10% der Gesamtkosten aus. „Andere Hersteller von Graphen sind noch nicht in der Lage, solche Maßnahmen umzusetzen – daher besteht dort noch kein solches Bedürfnis.“ Wir werden schon nervös und wären bereit, vom Dach zu springen, wenn das Unternehmen (für die Entsorgung von Gefahrgütern) nicht jeden Tag den sauren Abfall abholt. ” Vor den acht 5 Meter hohen Reaktoren, begleitet vom lauten Dröhnen der riesigen Maschinen, wirkte Luo Hongzhong, der Leiter des Unternehmens Changzhou Sixth Element Materials Technology Co., Ltd. (im Folgenden einfach „Sixth Element“ genannt), besorgt. Das sechste Unternehmen gehört zu den wenigen, die täglich arbeiten. Eine jährliche Produktionskapazität von hundert Tonnen, was einer durchschnittlichen Tagesproduktion von über dreihundert Kilogramm entspricht. Laut Luo Hongzhong gehört das Unternehmen zu den führenden Firmen im Inland, die Graphenpulver mittels Oxidations-Reduktionsverfahren herstellen. Es ist allgemein anerkannt, dass die Herstellung von Graphen durch Redoxverfahren viel Wasser und Säure verbraucht. Doch die Herstellungsverfahren der verschiedenen Fabriken unterscheiden sich, wodurch sich auch die genauen Proportionen unterscheiden. Luo Hongzhong berechnete die Kosten für das sechste Element: Für die Herstellung einer Tonne Graphen sind 40 bis 50 Tonnen Schwefelsäure sowie 120 bis 150 Tonnen Frischwasser erforderlich. In der Düngemittelindustrie, in der am meisten Schwefelsäure verbraucht wird, sind für die Herstellung einer Tonne Phosphordünger etwa 360 Kilogramm Schwefelsäure erforderlich. Laut der im Jahr 2015 vom Chinesischen Institut für Wasserwirtschaft und Hydropower veröffentlichten Studie „Bewertung der Effizienz bei der Nutzung von Wasser in den wasserintensiven Industrien unseres Landes“ betrug der Wasserverbrauch in der chinesischen Ölindustrie im Jahr 2011 pro Tonne hergestellter Produkte 1,1–7,3 Tonnen. Allein für den Schritt der Entfernung von Verunreinigungen wird zur Herstellung einer Tonne Graphen etwa 30 Tonnen Wasser benötigt. Laut Luo Hongzhong wurde bei der Erstproduktion des sechsten Elements im Jahr 2013 pro Tonne Graphen fünfzig bis sechzig Tonnen Wasser benötigt. Heute liegt das Wasserverbrauchsverhältnis bei 1:30 – das ist das Ergebnis von Optimierungen in der Herstellungsprozessführung. Noch mehr bereitete ihm Kopfzerbrechen die hohen Kosten für die Behandlung von Abfallssäuren. Mindestens 1:40 an Schwefelsäure wird als Oxidationsmittel in den Reaktor gegeben. Nach Abschluss der Reaktion verdoppelt sich aufgrund der Verdünnung die Menge der Abfallssäure fast. Gemäß den geltenden Vorschriften müssen diese Abfallssäuren von Unternehmen mit der Berechtigung zur Entsorgung von Gefahrgütern behandelt werden. “Eine Tonne Schwefelsäure kostet beim Kauf nur 500 Yuan; wenn sie zu zwei Tonnen Abfallssäure wird, verlangt das Unternehmen, das sie entsorgt, 800 Yuan von mir. Das Geld, das ich für Säure ausgegeben habe, beträgt 1300 Yuan – das ist eine sehr hohe Summe. ”Luo Hongzhong fühlt großen Druck. Luo Hongzhong sagte den Reportern von Southern Weekend, dass derzeit die Kosten für die Entsorgung der Produktionsabfälle im Werk 10 Prozent der Gesamtkosten ausmachen. “Dass andere Chemieunternehmen 1% ausmachen, ist bereits bemerkenswert. Derzeit liegt die Herstellungskosten für eine Tonne Graphen bei zwei bis drei Millionen – das halten wir für immer noch zu hoch. ” Hou Shifeng, außerordentlicher Professor am Fachbereich Chemie der Montclair State University in den USA, hat in Jining in der Provinz Shandong eine Fabrik errichtet, in der ebenfalls die Redox-Methode zur Herstellung von Graphen verwendet wird. Die derzeitige Jahresproduktionskapazität beträgt 2 Tonnen. Eine Produktionslinie mit einer Kapazität von 30 Tonnen wurde kürzlich fertiggestellt. Er sagte, dass die Kosten für die Behandlung der drei Abfälle im Werk „vermutlich noch etwas höher“ seien als 10 Prozent der Gesamtkosten. In seiner Fabrik entstehen bei der Herstellung einer Tonne Graphen zwei- bis dreißig Tonnen Abfallsäure. “Dieser Druck ist ziemlich groß. Ehrlich gesagt, das ist tatsächlich ein großes Problem.

Ohne darüber zu sprechen, weiß man gar nicht, welche Probleme das für die Umwelt mit sich bringt. Man kann nur hoffen, dass bei der weiteren Entwicklung auch der Schutz der Umwelt gewährleistet wird.

Das erinnert mich an den Polysilizium vor 10 Jahren

Rechtssystem + Moral + Verantwortung = saubere Produktion

In den vergangenen Jahren gab es ständig viele solcher Vorgehensweisen, bei denen man ohne Rücksicht auf die Umwelt einfach alles zerstörte. Unabhängig von allem anderen sollten die Gewinne im Film jetzt verbessert sein. Es ist besser, es nicht zu tun, damit die Nachkommen nicht leiden müssen.

Die derzeitige Strategie, schnell und entschlossen vorzugehen, wird vermutlich auch bei dem nächsten Produkt aus Polysilizium angewandt werden: L

Es erinnert mich an die Photovoltaik-Branche in den vergangenen Jahren! Tatsächlich ist das derzeit beste Verfahren zur Herstellung von Graphenpulver – nämlich die Phasenwechselinterkalation in der festen Phase sowie die Erweiterung in der flüssigen Phase. Dabei wird die Oberfläche des Graphens nicht durch starke Säuren oder Basen beschädigt, und es gibt auch keine funktionellen Gruppen am Graphen. In der Anwendungsbereich kann jeder selbst entscheiden, wie der Graphen modifiziert werden soll! Kontakt willkommen, WeChat-ID: six_river