आपके रीसाइक्लिंग बिन में रखी उस खाली प्लास्टिक की पानी की बोतल का दूसरा जीवन हो सकता है, जिसमें एक इलेक्ट्रिक वाहन, एक स्मार्टफोन या यहां तक कि एक नवीकरणीय ऊर्जा भंडारण प्रणाली को शक्ति देना शामिल है। पेन स्टेट यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने अपशिष्ट पीईटी प्लास्टिक को, जो कि अधिकांश डिस्पोजेबल पेय की बोतलों में उपयोग किया जाता है, अत्यधिक ऑर्डर वाले सिंथेटिक ग्रेफाइट में परिवर्तित करने के लिए एक नई विधि विकसित की है, जो हर लिथियम-आयन बैटरी के एनोड के अंदर उपयोग की जाने वाली एक महत्वपूर्ण सामग्री है। यह सफलता दो समस्याओं से निपटती है जो पहली नज़र में पूरी तरह से असंबंधित लगती हैं, दुनिया का बढ़ता प्लास्टिक कचरा संकट और इलेक्ट्रिक वाहनों, लैपटॉप और ग्रिड स्केल ऊर्जा भंडारण के लिए बैटरी बनाने के लिए आवश्यक ग्रेफाइट की तेजी से बढ़ती वैश्विक मांग।
बैटरियों के लिए ग्रेफाइट इतना महत्वपूर्ण क्यों है?
ग्रेफाइट लिथियम-आयन बैटरी के अंदर एनोड बनाता है, जो हर बार बैटरी के उपयोग या रिचार्ज होने पर विद्युत चार्ज को संग्रहीत करने और जारी करने के लिए जिम्मेदार घटक होता है। इसे आधिकारिक तौर पर संयुक्त राज्य अमेरिका के ऊर्जा विभाग द्वारा एक महत्वपूर्ण खनिज के रूप में वर्गीकृत किया गया है, और इसकी मांग तेजी से बढ़ने की उम्मीद है क्योंकि इलेक्ट्रिक वाहन, उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स और बड़े पैमाने पर बैटरी भंडारण प्रणालियां दुनिया भर में आम हो गई हैं। आज उपयोग किए जाने वाले अधिकांश ग्रेफाइट को या तो सीधे जमीन से खनन किया जाता है या कृत्रिम रूप से उन प्रक्रियाओं का उपयोग करके निर्मित किया जाता है जो लौह, निकल या कोबाल्ट जैसे धातु उत्प्रेरक पर निर्भर होते हैं, ऐसी विधियां जो अतिरिक्त शुद्धिकरण चरणों की आवश्यकता वाली अशुद्धियों को पीछे छोड़ सकती हैं और उत्पादन में अतिरिक्त लागत और जटिलता जोड़ सकती हैं।
शोधकर्ताओं ने प्लास्टिक को ग्रेफाइट में कैसे बदला?
के अनुसार शोध का पेन स्टेट का अपना विवरणटीम ने सावधानी से नियंत्रित थर्मल प्रक्रिया के माध्यम से मिश्रण को गर्म करने से पहले कटे हुए पीईटी प्लास्टिक को थोड़ी मात्रा में ग्राफीन ऑक्साइड के साथ जोड़ा, जिससे प्लास्टिक के अंदर फंसे कार्बन परमाणुओं को खुद को उच्च क्रम वाले ग्रेफाइटिक संरचनाओं में पुनर्व्यवस्थित करने की अनुमति मिली। पारंपरिक सिंथेटिक ग्रेफाइट उत्पादन के विपरीत, इस दृष्टिकोण ने धातु उत्प्रेरक को पूरी तरह से छोड़ दिया, ग्राफीन ऑक्साइड शीट्स पर निर्भर होकर लगभग एक टेम्पलेट की तरह काम किया, ढीले कार्बन परमाणुओं को साफ, अच्छी तरह से संरेखित स्टैक्ड परतों में निर्देशित किया क्योंकि प्लास्टिक गर्मी के तहत टूट गया। मुख्य लेखिका और पेन स्टेट के ऊर्जा और खनिज इंजीनियरिंग विभाग में डॉक्टरेट की छात्रा शाक्षी सेकर ने कहा कि काम से पता चलता है कि जिस सामग्री को ज्यादातर लोग शुद्ध अपशिष्ट मानते हैं वह वास्तव में ग्रेफाइट के उत्पादन के लिए एक मूल्यवान संसाधन बन सकती है।
उच्च गुणवत्ता वाले ग्रेफाइट के लिए सही नुस्खा ढूँढना
के अनुसार अध्ययन डायमंड एंड रिलेटेड मटेरियल्स जर्नल में प्रकाशित हुआशोधकर्ताओं ने यह पता लगाने से पहले ग्राफीन ऑक्साइड की कई अलग-अलग सांद्रता का परीक्षण किया कि कम ऑक्सीजन सामग्री के साथ वजन के अनुसार केवल ढाई प्रतिशत जोड़ने से पूरे प्रयोग के सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त हुए। इस सटीक सेटिंग में, परिणामी ग्रेफाइट असामान्य रूप से बड़े, सुव्यवस्थित क्रिस्टलीय, सूक्ष्म क्षेत्रों में विकसित हुआ जहां कार्बन परतें विशेष रूप से व्यवस्थित तरीके से पंक्तिबद्ध होती हैं, यह गुण इस बात का एक प्रमुख संकेतक माना जाता है कि उच्च गुणवत्ता वाली बैटरी एनोड में उपयोग के लिए कोई सामग्री कितनी उपयुक्त है। क्रिस्टल की चौड़ाई लगभग 114 नैनोमीटर और स्टैकिंग ऊंचाई लगभग 27 नैनोमीटर तक पहुंच गई, दोनों आंकड़े वास्तव में वाणिज्यिक प्राकृतिक ग्रेफाइट में मापी गई संख्याओं को पार कर गए, जो क्रमशः 100 और 24.6 नैनोमीटर के करीब बैठता है।
यह प्राकृतिक ग्रेफ़ाइट से भी बेहतर प्रदर्शन क्यों करता है?
जो बात खोज को विशेष रूप से चौंकाने वाली बनाती है वह यह है कि प्लास्टिक से प्राप्त ग्रेफाइट न केवल वाणिज्यिक प्राकृतिक ग्रेफाइट से मेल खाता है, बल्कि कई मामलों में यह वास्तव में इससे आगे निकल गया है। किसी भी ग्राफीन ऑक्साइड को शामिल किए बिना उत्पादित सादे पीईटी चार की तुलना में, ग्राफीन ऑक्साइड की सही मात्रा पेश किए जाने पर क्रिस्टल की चौड़ाई लगभग 228 प्रतिशत और स्टैकिंग ऊंचाई लगभग 200 प्रतिशत बढ़ गई। शोधकर्ताओं ने बताया कि ग्राफीन ऑक्साइड शीट के किनारों पर बैठे ऑक्सीजन युक्त कार्यात्मक समूह सक्रिय रूप से इस पार्श्व क्रिस्टल विकास को शुरू करने और निर्देशित करने में मदद करते हैं, जो अनिवार्य रूप से पिघले हुए प्लास्टिक से कार्बन परमाणुओं को स्वाभाविक रूप से अपने आप बनने की तुलना में कहीं अधिक व्यवस्थित व्यवस्था में समेटते हैं।
प्लास्टिक कचरे और स्वच्छ ऊर्जा के लिए इसका क्या मतलब हो सकता है
दुनिया हर साल लगभग तीन सौ मिलियन टन प्लास्टिक का उत्पादन करती है, और इसका लगभग आधा हिस्सा फेंकने से पहले केवल एक बार उपयोग किया जाता है, सामग्री की एक बड़ी मात्रा जो चल रहे रीसाइक्लिंग प्रयासों के बावजूद बड़े पैमाने पर लैंडफिल या पर्यावरण में समाप्त हो जाती है। यदि इस ग्रेफाइट रूपांतरण प्रक्रिया को अंततः प्रयोगशाला से परे बढ़ाया जा सकता है, तो यह दशकों तक अप्रयुक्त रहने के बजाय उस अपशिष्ट प्लास्टिक में से कुछ को उत्पादक, उच्च मूल्य वाले अनुप्रयोग में बदलने का एक वास्तविक उपयोगी तरीका प्रदान करता है। सेकर ने कहा कि यदि अपशिष्ट प्लास्टिक उन्नत ऊर्जा सामग्रियों के लिए वास्तविक फीडस्टॉक बन सकता है, तो यह मूल रूप से लोगों के रीसाइक्लिंग के बारे में सोचने के तरीके को बदल देता है, प्लास्टिक को केवल एक निपटान समस्या के रूप में देखे जाने की बजाय एक वैध संसाधन के रूप में देखा जा सकता है जो स्वच्छ ऊर्जा प्रौद्योगिकियों का समर्थन करने में मदद कर सकता है जिस पर दुनिया तेजी से निर्भर करती है।
