به گزارش تجارت نیوز، تهسیگارها سالهاست بهعنوان یکی از شایعترین و آلودهکنندهترین زبالههای شهری شناخته میشوند. این زبالهها نهتنها بهسختی تجزیه میشوند، بلکه با آزادسازی فلزات سنگین، خاک و آب را آلوده میکنند. حالا اما پژوهشگران چینی با نگاهی متفاوت به این معضل زیستمحیطی، موفق شدهاند تهسیگارها را به مادهای با کارایی بسیار بالا برای ذخیره انرژی تبدیل کنند؛ دستاوردی که تلفیقی از نوآوری فناورانه و حفاظت از محیط زیست به شمار میرود.
تهسیگار؛ از زباله سمی تا منبع ارزشمند
تهسیگارها عمدتا از استات سلولز ساخته شدهاند؛ نوعی پلیمر پلاستیکی که ممکن است سالها طول بکشد تا در طبیعت تجزیه شود. همین ساختار پلیمری که تهسیگار را به یک زباله خطرناک تبدیل میکند، اکنون به یک مزیت بزرگ برای مهندسان مواد تبدیل شده است.
تیمی از محققان دانشگاه هِنان چین به رهبری لیچانگ کائو، این زبالهها را بهعنوان یک پیشساز زیستتوده ارزانقیمت و ایدهآل برای تولید مواد ذخیرهساز انرژی شناسایی کردند.
تولید الکترودهای کربنی نانومتخلخل پیشرفته
محققان با استفاده از فرآیندی به نام کربنیزاسیون هیدروترمال و سپس پیرولیز، تهسیگارهای دورریختهشده را به بیوچارهای نانومتخلخل سلسلهمراتبی آلاییدهشده با نیتروژن و اکسیژن (CNPBs) تبدیل کردند.
در این فرآیند، مواد اولیه تا دمای ۷۰۰ درجه سانتیگراد (۱۲۹۲ درجه فارنهایت) در حضور یک ماده شیمیایی خاص گرم شدند. این گرمایش باعث شد ساختار کربنی بهصورت ناگهانی منبسط شود؛ پدیدهای که پژوهشگران آن را به «ترکیدن پاپکورن» تشبیه کردهاند.
نتیجه این فرآیند، ایجاد یک ساختار سهبعدی لانهزنبوری میکروسکوپی با مساحت سطح بسیار بالا بود؛ ویژگیای که برای ذخیرهسازی مؤثر انرژی حیاتی است.
عملکرد چشمگیر در ابرخازنها
این ساختار منحصربهفرد، همراه با دوپینگ نیتروژن و اکسیژن که رسانایی الکتریکی را افزایش میدهد، باعث شد ماده تولیدشده به عملکردی کمنظیر در ابرخازنها دست یابد.
بر اساس نتایج آزمایشهای الکتروشیمیایی در یک سیستم سهالکترودی بیشترین ظرفیت خازنی ویژه این ماده برابر با 344.91 فاراد بر گرم (F g⁻¹) در جریان 1 آمپر بر گرم (1 A g⁻¹) ثبت شد. این الکترودها قابلیت نرخ عالی و مقاومت داخلی بسیار پایین دارند. پس از 10,000 چرخه شارژ و دشارژ، همچنان 95.44 درصد از ظرفیت اولیه خود را حفظ کردند. این در حالی است که باتریهای رایج تلفنهای هوشمند معمولا پس از یک تا دو سال بخش زیادی از کارایی خود را از دست میدهند.
چالش جدی برای باتریهای لیتیومیونی
با افزایش تقاضای جهانی برای انرژی پایدار، ابرخازنها بهعنوان جایگزینی جدی برای باتریهای لیتیومیونی مطرح شدهاند. ابرخازنها انرژی را از طریق ذخیره بار الکترواستاتیکی نگه میدارند و به همین دلیل بسیار سریعتر شارژ میشوند، طول عمر بیشتری دارند و برای کاربردهای پرسرعت ایدهآل هستند.
راز اصلی عملکرد آنها در جنس الکترود نهفته است؛ بهویژه در مساحت سطح بالا و رسانایی مناسب. کربن مشتقشده از تهسیگار دقیقا این ویژگیها را بهطور همزمان فراهم میکند و اجازه میدهد یونها با سرعتی بسیار بالا وارد و خارج شوند.
کاربردهای آینده؛ از شبکه برق تا خودروهای برقی
ابرخازنهای تولیدشده از تهسیگار میتوانند در حوزههای مختلفی مورد استفاده قرار گیرند، از جمله:
- تثبیت شبکههای برق
- افزایش بازده سیستم ترمز در خودروهای برقی
- تأمین انرژی گجتها و تجهیزات قابلحمل
محققان در بیانیه مطبوعاتی خود در تاریخ ۲۹ ژانویه اعلام کردند که این دستگاهها ترکیبی نادر از چگالی انرژی بالا، چگالی توان زیاد و پایداری بلندمدت استثنایی را به نمایش میگذارند؛ ترکیبی که هم ارزش فناورانه و هم مزایای زیستمحیطی را برجسته میکند.
این پژوهش نشان میدهد که با نوآوری علمی و مهندسی دقیق، حتی سمیترین زبالههای جهان نیز میتوانند به منابعی ارزشمند برای آینده تبدیل شوند. تهسیگارهایی که زمانی نماد آلودگی محیط زیست بودند، اکنون میتوانند نقشی کلیدی در توسعه انرژی پاک و پایدار ایفا کنند.
این مطالعه در تاریخ ۱۳ ژانویه ۲۰۲۶ در مجله علمی Energy & Environment Nexus منتشر شده و میتواند نقطه عطفی در مدیریت ضایعات و فناوریهای ذخیره انرژی به شمار رود.
