Os riscos ambientais associados à onda de interesse pelo grafeno – poluição no processo de fabricação

Embora as preocupações ambientais relacionadas ao próprio material de grafeno quase não recebam atenção, os problemas ambientais no processo de produção industrial do grafeno já vieram à tona. A produção em larga escala de grafeno pode afetar o ecossistema? Como reciclar a poluição gerada nesse processo? “Essas são as questões que discutimos quando nos reunimos.” ”Disse Fang Chongqing, diretor operacional da Xiamen Kaina Graphene Technology Co., Ltd. Os resultados da discussão foram extremamente divergentes. Feng Guanping, presidente honorário do Instituto de Pesquisa em Grafeno Jiangnan, localizado em Changzhou, província de Jiangsu, acredita que a indústria do grafeno é uma indústria ecológica e sustentável. No entanto, há também opiniões de especialistas anônimos que vão para outro extremo, acreditando que algumas empresas produtoras de grafeno “na verdade não conseguem passar pela avaliação ambiental”. Atualmente, a indústria utiliza principalmente o método de deposição química em fase gasosa (CVD) e o método redox para produzir grafeno, embora esses processos ainda estejam em desenvolvimento. O método de deposição química em fase gasosa utiliza gases contendo carbono, como o metano, como matéria-prima. Em altas temperaturas, os átomos de carbono se organizam um após o outro sobre uma base metálica, “crescendo” assim filmes de grafeno cuja área é medida em metros quadrados. O setor acredita, em geral, que esse método de produção não representa um ônus para o meio ambiente. Os riscos ambientais existem principalmente nos métodos de oxidação-redução. Esse método de preparo consiste em fazer a reação do grafite com ácidos fortes, gerando grafita oxidada. Em seguida, essa grafita oxidada é dispersada para formar grafeno oxidado. Por fim, é adicionado um agente redutor para obter pó de grafeno. O método de oxidação-redução requer uma grande quantidade de água e ácido sulfúrico, além de gerar grandes quantidades de efluentes ácidos e resíduos ácidos. O pó de grafeno produzido geralmente contém várias camadas de átomos de carbono; em comparação com o grafeno de camada única, em seu sentido estrito, seu desempenho é reduzido. Não há estatísticas oficiais sobre quantas empresas de produção de grafeno existem no país. Além disso, algumas empresas não divulgam publicamente sua capacidade de produção e seus métodos de fabricação. De acordo com as estimativas do secretário-geral da associação, Li Yichun, atualmente existem 3 empresas que produzem filmes de grafeno em escala industrial. Há também 5 empresas que produzem pó de grafeno em escala industrial (com capacidade de produção de 10 toneladas por ano). Em Dongguan, existe 1 empresa que produz pasta de grafeno em escala industrial. Além disso, há vinte a trinta empresas que já construíram linhas de produção em escala piloto de grafeno. A grande maioria das empresas que produzem pó de grafeno utiliza o método de oxidação-redução. “A grafite expandida é obtida ao adicionar duas toneladas de ácido sulfúrico a uma tonelada de grafite; isso já é suficiente para causar poluição. Se você fizer isso de novo (método de oxidação-redução), não vai causar ainda mais poluição? ”A Hongna (Dongguan) New Materials Technology Co., Ltd. produz pasta de grafeno, disse o presidente Li Qi. O processo de fabricação da empresa é diferente dos dois mencionados acima; “trata-se de um segredo comercial, que não pode ser divulgado”. No entanto, a poluição real não é significativa. Além do pequeno número de empresas e da baixa capacidade produtiva, outra razão é que a maioria das empresas não funciona todos os dias. Li Yichun afirmou que, atualmente, as aplicações do grafeno em setores industriais não acompanham o desenvolvimento do mesmo, o que acaba limitando a produção e o crescimento do setor relacionado ao grafeno. “(Muitas empresas) simplesmente constroem a linha de produção, fabricam um lote, e só depois que há clientes dispostos a comprar esse produto é que produzem outro lote. ” No entanto, assim que houver avanços na sua aplicação, o desenvolvimento da indústria do grafeno pode crescer exponencialmente. Na Conferência Internacional de Inovação em Grafeno da China, realizada em 29 de outubro de 2015, Zhou Changyi, diretor do Departamento de Indústrias de Matérias-Primas do Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação, revelou que o plano de desenvolvimento para as indústrias de novos materiais, incluindo o grafeno, está prestes a ser lançado. “Este ano é o primeiro ano da industrialização do grafeno; espera-se que as vendas atinjam 500 milhões. No próximo ano, as vendas deverão ser de pelo menos alguns bilhões. ”Li Yichun disse: “Como a Dongguan Hongna, no ano passado tinha uma linha de produção de cem toneladas de pasta, enquanto este ano já possui capacidade de produzir dez mil toneladas. É fácil replicar esse modelo.” ”

O tratamento de resíduos representa 10% do custo total. “As outras empresas que produzem grafeno ainda não atingiram um tamanho suficiente, por isso não há uma necessidade tão urgente disso.” Ficamos tão ansiosos que, se a empresa de tratamento de resíduos perigosos não vier buscar o ácido residual nem por um dia, estamos dispostos a pular do prédio. ” De pé diante dos 8 tanques de reação com 5 metros de altura, e com o barulho ensurdecedor das máquinas, Luo Hongzhong, gerente da Changzhou Sixth Element Materials Technology Co., Ltd. (doravante denominada Sixth Element), parecia preocupado. O Sexto Elemento é uma das poucas empresas que funcionam todos os dias. Uma capacidade de produção anual de cem toneladas, o que corresponde a uma produção média diária de mais de 300 quilos. Segundo Luo Hongzhong, a empresa ocupa o primeiro lugar entre as empresas nacionais que utilizam o método de oxidação-redução para produzir pó de grafeno. É consenso no setor que a produção de grafeno por método redox consome água e ácido. Mas, como os processos de produção variam de fábrica para fábrica, as proporções específicas também diferem. Luo Hongzhong fez os cálculos relacionados ao sexto elemento: para produzir uma tonelada de grafeno, são necessários de 40 a 50 toneladas de ácido sulfúrico, além de 120 a 150 toneladas de água fresca. Na indústria de fertilizantes, que é a que consome mais ácido sulfúrico em geral, são necessários aproximadamente 360 quilos de ácido sulfúrico para produzir uma tonelada de fertilizante fosfático. De acordo com o relatório “Avaliação da eficiência no uso da água nas indústrias que consomem grande quantidade de água na China”, publicado em 2015 pelo Instituto Chino de Ciências Hídricas e de Energia Hidrelétrica, em 2011, o setor petrolífero chinês utilizou de 1,1 a 7,3 toneladas de água para produzir cada tonelada de produto. Apenas para remover as impurezas, é necessário consumir cerca de 30 toneladas de água para produzir uma tonelada de grafeno. De acordo com Luo Hongzhong, quando o sexto elemento começou a ser produzido em larga escala em 2013, era necessário usar cinquenta a sessenta toneladas de água para lavar uma tonelada de grafeno. Atualmente, a relação de uso de água é de 1:30, o que é resultado de processos otimizados. O que o incomoda ainda mais são os altos custos de tratamento do ácido residual. Pelo menos 1:40 de ácido sulfúrico é adicionado como agente oxidante no tanque de reação. Após a conclusão da reação, devido à diluição da concentração, a quantidade de ácido residual quase dobra. De acordo com as regulamentações aplicáveis, esses ácidos residuais devem ser entregues a empresas qualificadas para o tratamento de resíduos perigosos. “Uma tonelada de ácido sulfúrico, que custa apenas 500 reais quando comprada, vira duas toneladas de ácido residual. A empresa responsável pelo tratamento cobra de mim 800 reais por isso. O dinheiro que gastei com o ácido ficou em 1300 reais, o que é um valor bastante alto. ”Luo Hongzhong sente muita pressão. Luo Hongzhong disse aos jornalistas do Southern Weekend que, atualmente, o custo de tratamento dos resíduos de produção na fábrica representa 10% do custo total. “As outras empresas químicas, que representam 1%, já são algo impressionante. Atualmente, o custo para produzir uma tonelada de grafeno está entre dois e três milhões, o que, na nossa opinião, ainda é muito alto. ” Hou Shifeng, professor associado do Departamento de Química da Universidade Estadual de Montclair, nos EUA, construiu uma fábrica em Jining, província de Shandong, onde também produz grafeno por meio do método de oxidação-redução. Atualmente, a capacidade de produção anual é de 2 toneladas; já foi concluída a construção de uma linha de produção com capacidade de 30 toneladas. Ele afirmou que o custo de tratamento dos três tipos de resíduos na fábrica é “provavelmente um pouco maior” do que 10% do custo total. Em sua fábrica, a produção de uma tonelada de grafeno gera vinte a trinta toneladas de ácido residual. “Essa pressão é bem grande. Para ser honesto, isso realmente é um grande problema.

Se não se falar sobre isso, realmente não se sabe quais são os problemas que isso causa ao meio ambiente. Só resta esperar que, ao mesmo tempo em que há desenvolvimento, também haja proteção adequada do meio ambiente.

Isso me faz lembrar do silício policristalino de 10 anos atrás

Legalidade + Moralidade + Responsabilidade = Produção limpa

Nos últimos anos, sempre houve muitas práticas desse tipo, que consistem em explorar os recursos sem se importar com as consequências ambientais. Independentemente de outros fatores, os lucros no filme devem ter melhorado agora. É melhor não fazer coisas que possam causar problemas para as gerações futuras.

Com a abordagem atual de agir rapidamente, é bem provável que o próximo passo seja o uso de silício polimórfico

Isso me lembra da indústria fotovoltaica dos últimos anos! Na verdade, o pó de grafeno que é mais fácil de produzir atualmente (por enquanto) é aquele obtido por intercalação em fase sólida e expansão em fase líquida. O grafeno não sofre danos em sua superfície devido a ácidos ou bases fortes, e também não possui grupos funcionais. Portanto, no que diz respeito às aplicações, todos podem participar da modificação do grafeno da maneira que desejarem! Bem-vindo para trocar ideias. WeChat: six_river