Los riesgos ambientales ocultos en la creciente popularidad del grafeno: la contaminación durante su proceso de fabricación

Aunque casi nadie presta atención a las preocupaciones ambientales relacionadas con el material de grafeno en sí, los problemas ambientales que surgen durante su producción industrial ya han salido a la luz. ¿Podría la producción a gran escala de grafeno afectar al ecosistema? ¿Cómo se puede reciclar la contaminación que se genera en este proceso? “Estas son las cuestiones que discutimos cuando nos reunimos”. ”Dijo Fang Chongqing, director operativo de Xiamen Kaina Graphene Technology Co., Ltd. Los resultados de la discusión fueron muy dispares. Feng Guanping, presidente honorario del Instituto de Grafeno del Jiangnan, una institución de investigación ubicada en la ciudad de Changzhou, provincia de Jiangsu, cree que la industria del grafeno es una industria ecológica y sostenible. Sin embargo, también hay opiniones de expertos anónimos que van en otra dirección: sostienen que algunas empresas productoras de grafeno “en realidad no cumplen con los requisitos de evaluación ambiental”. Actualmente, la industria utiliza con frecuencia el método de deposición química en fase gaseosa (CVD) y el método de oxidación-reducción para producir grafeno, aunque estos procesos aún no están completamente desarrollados. El método de deposición química en fase gaseosa utiliza gases que contienen carbono, como el metano, como materia prima. A altas temperaturas, los átomos de carbono se organizan uno tras otro sobre una base metálica, lo que permite “crear” películas de grafeno cuyo área se mide en metros cuadrados. El sector considera generalmente que este método de preparación no supone una carga adicional para el medio ambiente. Los riesgos ambientales se presentan principalmente en los métodos de oxidación-reducción. Este método de preparación consiste en hacer reaccionar el grafito con ácidos fuertes para obtener óxido de grafito; posteriormente, este óxido se dispersa para formar grafeno oxidado. Finalmente, se añade un agente reductor para obtener polvo de grafeno. El método de oxidación-reducción requiere una gran cantidad de agua y ácido sulfúrico, lo que a su vez genera grandes cantidades de aguas residuales ácidas y ácido residual. El polvo de grafeno producido generalmente contiene múltiples capas de átomos de carbono, y en comparación con el grafeno de una sola capa en el sentido estricto, sus propiedades se ven reducidas. No existe una estadística oficial sobre cuántas empresas en el país se dedican a la producción de grafeno. Además, algunas empresas no revelan al público su capacidad de producción ni los métodos que utilizan para fabricar este material. Según las estimaciones del secretario general de la asociación, Li Yichun, actualmente hay 3 empresas que producen películas de grafeno a escala comercial. Además, hay 5 empresas que producen polvo de grafeno a esa misma escala (con una capacidad de producción de 10 toneladas al año). En Dongguan, hay 1 empresa que produce pasta de grafeno a escala comercial. Además, hay veinte o treinta empresas que ya han instalado líneas de producción a escala piloto para el grafeno. La gran mayoría de las empresas que producen polvo de grafeno utilizan el método de oxidación-reducción. “La grafito expandido se obtiene al mezclar una tonelada de grafito con dos toneladas de ácido sulfúrico; eso ya es suficiente para causar contaminación. Si sigues usando este método (el método de oxidación-reducción), ¿no causará aún más contaminación? ”Hongna (Dongguan) New Materials Technology Co., Ltd. produce pasta de grafeno, dijo el presidente Li Qi. El proceso de fabricación de esta empresa es diferente al de los dos mencionados anteriormente; “se trata de un secreto comercial que no puede ser revelado”. Sin embargo, la contaminación real no es significativa. Además del bajo número total de empresas y de su escasa capacidad productiva, otra razón es que la mayoría de las empresas no operan a diario. Li Yichun afirmó que, en la actualidad, las aplicaciones finales del grafeno no están al día, lo cual limita la producción de este material y el desarrollo de su industria. “(Muchas empresas) simplemente construyen la línea de producción, fabrican una cantidad determinada de productos, y solo cuando tienen clientes que los adquieran, producen otra cantidad. ” Sin embargo, una vez que se logre un avance en su aplicación, el desarrollo de la industria del grafeno podría acelerarse enormemente. En la Conferencia Internacional sobre Innovación en Grafeno de 2015, celebrada el 29 de octubre, Zhou Changyi, director del Departamento de Industrias de Materia Prima del Ministerio de Industria y Tecnología, reveló que está por ser publicado el plan de desarrollo para las industrias de nuevos materiales, incluido el grafeno, durante el período “13.º Plan Quinquenal”. “Este año es el primer año de la industrialización del grafeno; se estima que las ventas serán de 500 millones. El próximo año, esas cifras deberían ser de decenas de miles de millones. ”Li Yichun dijo: “Como en Dongguan Hongna, el año pasado solo tenían una línea de producción de cien toneladas de pasta, pero este año ya son diez mil toneladas. Es muy fácil reproducir ese modelo”. ”

La gestión de las contaminaciones representa el 10% del costo total. “Otras empresas productoras de grafeno aún no han alcanzado un tamaño suficiente, por lo que no existe una necesidad tan urgente en su caso”. Nos ponemos tan ansiosos que estamos dispuestos a saltar del edificio si esa empresa (encargada del tratamiento de residuos peligrosos) no viene a recoger los ácidos residuales ni un solo día. ” De pie frente a los 8 reactores de 5 metros de altura, y con el estruendo ensordecedor de las máquinas de fondo, Luo Hongzhong, director de la empresa Changzhou Sixth Element Materials Technology Co., Ltd. (en adelante, Sixth Element), parecía muy preocupado. El Sexto Elemento es una de las pocas empresas que abren sus puertas todos los días. Con una capacidad de producción anual de cien toneladas, lo que equivale a más de trescientos kilogramos al día en promedio, según Luo Hongzhong, la empresa ocupa el primer lugar entre las empresas nacionales que utilizan el método de oxidación-reducción para producir polvo de grafeno. Es un consenso en la industria que la producción de grafeno por método de oxidación-reducción consume agua y ácido. Pero las plantas tienen procesos de producción diferentes, por lo que las proporciones específicas también varían. Luo Hongzhong calculó los costos relacionados con el sexto elemento: para producir una tonelada de grafeno, se necesitan de 40 a 50 toneladas de ácido sulfúrico, y de 120 a 150 toneladas de agua dulce. En la industria de producción de fertilizantes, donde se consume la mayor cantidad de ácido sulfúrico, se necesitan aproximadamente 360 kilogramos de ácido sulfúrico por cada tonelada de fertilizante fosfático que se produce. Según el informe “Evaluación de la eficiencia en el uso del agua en las industrias con alto consumo hídrico en China”, publicado en 2015 por el Instituto Chino de Investigación en Recursos Hídricos e Hidroelectricidad, en 2011, la industria petrolera china necesitaba entre 1,1 y 7,3 toneladas de agua para producir una tonelada de producto. Solo para eliminar las impurezas, se necesitan aproximadamente 30 toneladas de agua para producir una tonelada de grafeno. Según Luo Hongzhong, cuando el sexto elemento se puso en producción a gran escala en 2013, se necesitaban cincuenta o sesenta toneladas de agua para lavar una tonelada de grafeno. Hoy en día, la relación de uso de agua es de 1:30, lo cual es el resultado de un proceso optimizado. Lo que le causaba aún más problemas eran los altos costos de tratamiento de los ácidos residuales. Se añade ácido sulfúrico en una proporción de al menos 1:40 como agente oxidante al reactor. Una vez finalizada la reacción, debido a la dilución de la concentración, la cantidad de ácido residual casi se duplica. Según las normativas aplicables, estos ácidos residuales deben ser entregados a empresas con la capacidad para tratar residuos peligrosos. “Una tonelada de ácido sulfúrico cuesta solo 500 yuanes al comprarla; al convertirse en dos toneladas de ácido residual, la empresa que se encarga de su tratamiento me cobra 800 yuanes. El dinero que gasté en ácidos ascendió a 1300 unidades monetarias; esa es una cantidad muy alta. ”Luo Hongzhong se siente muy estresado. Luo Hongzhong le dijo a un periodista de Southern Weekend que, actualmente, el costo de tratar los residuos de producción en la fábrica representa el 10% del costo total. “Que las demás empresas químicas representen el 1% ya es algo realmente notable. Actualmente, el costo para producir una tonelada de grafeno es de dos a tres millones; consideramos que eso sigue siendo demasiado alto. ” Hou Shifeng, profesor asociado en el Departamento de Química de la Universidad Estatal de Montclair, en Estados Unidos, ha construido una fábrica en la ciudad de Jining, provincia de Shandong, donde también se produce grafeno mediante el método de oxidación-reducción. Actualmente, la capacidad de producción anual es de 2 toneladas; además, acaba de completarse la construcción de una línea de producción con una capacidad de 30 toneladas. Él indicó que el costo de tratamiento de los tres tipos de residuos en la fábrica podría ser “incluso mayor” al 10% del costo total. En su fábrica, la producción de una tonelada de grafeno genera veinte o treinta toneladas de ácido residual. “Esta presión es bastante grande. La verdad, esto sí que es un gran problema”.

Si no se habla de ello, realmente no se conocen los problemas que esto causa al medio ambiente; solo queda esperar que, a medida que se avanza en el desarrollo, también se proteja adecuadamente el medio ambiente.

Al ver esto, recuerdo el silicio polimórfico de hace 10 años

Legalidad + ética + responsabilidad = producción limpia

En los últimos años siempre hubo muchas prácticas de este tipo, que consisten en explotar los recursos sin importar las consecuencias. Independientemente de lo demás, las ganancias en la película deberían haber mejorado ahora. Es mejor no hacer algo que pueda causar problemas a las generaciones futuras.

Según el enfoque actual de actuar con rapidez, es muy probable que el siguiente paso sea el uso del silicio polimórfico

Me recuerda a la industria fotovoltaica de los años anteriores De hecho, el polvo de grafeno que es más adecuado para su producción en la actualidad (por ahora) es aquel obtenido mediante intercalación en fase sólida y expansión en fase líquida; el grafeno no sufre daños en su superficie debido a ácidos o álcalis fuertes, y tampoco cuenta con grupos funcionales. En cuanto a sus aplicaciones, todos pueden participar de forma independiente en su modificación Bienvenidos a los intercambios. WeChat: six_river