La partie d’une vieille voiture qui est transformée en graphène pourrait devenir une meilleure partie pour une nouvelle voiture.
Des chimistes de l’Université Rice travaillant avec des chercheurs de la Ford Motor Firm transforment des pièces en plastique de véhicules “en fin de vie” en graphène via le procédé de chauffage flash Joule de l’université.
Le SUV moyen contient jusqu’à 350 kilogrammes (771 livres) de plastique qui pourraient rester dans une décharge pendant des siècles sans le processus de recyclage signalé dans le leading numéro d’un nouveau journal Mother nature, Communications Engineering.
L’objectif du projet dirigé par le chimiste Rice James Tour et l’étudiant diplômé et auteur principal Kevin Wyss était de réutiliser ce graphène pour fabriquer de la mousse de polyuréthane améliorée pour les nouveaux véhicules. Les checks ont montré que la mousse infusée de graphène avait une augmentation de 34% de la résistance à la traction et une augmentation de 25% de l’absorption du bruit à basse fréquence. C’est avec seulement, 1% en poids ou moins de graphène.
Et lorsque cette nouvelle voiture est vieille, la mousse peut être à nouveau transformée en graphène.
“Ford nous a envoyé 10 livres de déchets plastiques mélangés provenant d’une installation de déchiquetage de véhicules”, a déclaré Tour. “C’était boueux et humide. Nous l’avons flashé, nous avons renvoyé le graphène à Ford, ils l’ont mis dans de nouveaux composites de mousse et il a fait tout ce qu’il était censé faire.
“Ensuite, ils nous ont envoyé les nouveaux composites et nous les avons flashés et les avons transformés en graphène”, a-t-il déclaré. “C’est un exceptional exemple de recyclage circulaire.”
Les chercheurs ont cité une étude qui estime que la quantité de plastique utilisée dans les véhicules a augmenté de 75 % au cours des six dernières années seulement comme moyen de réduire le poids et d’augmenter l’économie de carburant.
La séparation des plastiques mélangés en fin de vie par kind pour le recyclage est un problème à extensive terme pour l’industrie vehicle, a déclaré Tour, et cela devient de additionally en as well as critique en raison des réglementations environnementales potentielles concernant les véhicules en fin de vie. “En Europe, les voitures reviennent au constructeur, qui n’est autorisé à mettre en décharge que 5% d’un véhicule”, a-t-il déclaré. “Cela signifie qu’ils doivent recycler 95%, et c’est tout simplement écrasant pour eux.”
Une grande partie du plastique mélangé finit par être incinérée, selon la co-auteure Deborah Mielewski, chargée de mission approach pour la durabilité chez Ford, qui a noté que les États-Unis détruisaient 10 à 15 thousands and thousands de véhicules chaque année, dont furthermore de 27 hundreds of thousands dans le monde.
“Nous avons des centaines de combinaisons différentes de résine plastique, de charge et de renforts sur les véhicules qui rendent les matériaux impossibles à séparer”, a-t-elle déclaré. “Chaque application a un chargement/mélange spécifique qui répond le furthermore économiquement aux exigences.”
“Ce ne sont pas des matières recyclables comme les bouteilles en plastique, elles ne peuvent donc pas les fondre et les remodeler”, a déclaré Tour. “Ainsi, lorsque les chercheurs de Ford ont repéré notre report sur le flash Joule chauffant le plastique en graphène, ils ont tendu la major.”
Le chauffage Flash Joule pour fabriquer du graphène, introduit par le laboratoire Tour en 2020, emballe du plastique broyé mélangé et un additif de coke (pour la conductivité) entre les électrodes dans un tube et le fait exploser à haute pressure. La chaleur soudaine et intense – jusqu’à près de 5 000 degrés Fahrenheit – vaporise d’autres éléments et laisse derrière elle du graphène turbostratique facile à solubiliser.
Le chauffage flash offre des avantages environnementaux significatifs, motor vehicle le processus ne nécessite pas de solvants et utilise un bare minimum d’énergie pour produire du graphène.
Pour tester si le plastique mélangé en fin de vie pouvait être transformé, le laboratoire Rice a broyé les “peluches” de la déchiqueteuse composées de pare-chocs en plastique, de joints, de tapis, de tapis, de sièges et d’encadrements de porte provenant de camionnettes F-150 en fin de vie. en poudre high-quality sans laver ni pré-trier les composants.
Le laboratoire a flashé la poudre en deux étapes, d’abord sous un courant faible puis sous un courant élevé dans un appareil de chauffage Wyss conçu sur mesure pour l’expérience.
La poudre chauffée entre 10 et 16 secondes à faible courant a produit un plastique hautement carbonisé représentant environ 30 % du quantity original. Les 70% restants ont été dégazés ou récupérés sous forme de cires et d’huiles riches en hydrocarbures qui, selon Wyss, pourraient également être recyclées.
Le plastique carbonisé a ensuite été soumis à un flashage à haute intensité, convertissant 85% de celui-ci en graphène tout en dégazant l’hydrogène, l’oxygène, le chlore, le silicium et les impuretés des métaux traces.
La possibilité d’intégrer l’analyse du cycle de vie (ACV) dans un projet de recherche sur le riz a également attiré Wyss. “Je suis motivé par la durabilité, et c’est là que je veux me concentrer dans ma carrière”, a-t-il déclaré.
L’ACV impliquait de comparer le graphène provenant de pièces automobiles flashées à celui produit par d’autres méthodes et d’évaluer l’efficacité du recyclage. Leurs résultats ont montré que le chauffage flash Joule produisait du graphène avec une réduction substantielle de l’énergie, des émissions de gaz à effet de serre et de la consommation d’eau par rapport à d’autres méthodes, y compris même l’énergie nécessaire pour réduire les peluches du déchiqueteur de plastique en poudre.
Ford utilise jusqu’à 60 livres de mousse de polyuréthane dans ses véhicules, dont approximativement 2 livres sont renforcées au graphène depuis 2018, selon le co-auteur Alper Kiziltas, un specialist approach chez Ford Study qui se concentre sur la durabilité et les matériaux émergents. “Lorsque nous avons récupéré le graphène de Rice, nous l’avons incorporé dans notre mousse en très petites quantités et avons constaté une amélioration significative”, a-t-il déclaré. “Il a dépassé nos attentes en fournissant à la fois d’excellentes propriétés mécaniques et physiques pour nos apps.”
Le graphène a clairement un avenir chez Ford. La société l’a d’abord introduit dans une variété d’autres composants sous le capot et en 2020 a ajouté un capot moteur renforcé au graphène. Kiziltas a déclaré que la société prévoyait de l’utiliser également pour renforcer les plastiques durs.
“Notre découverte collaborative avec Rice deviendra encore plus pertinente à mesure que Ford passera aux véhicules électriques”, a déclaré Mielewski. “Lorsque vous supprimez le bruit généré par le moteur à combustion interne, vous pouvez entendre tout le reste à l’intérieur et à l’extérieur du véhicule beaucoup plus clairement.”
“Il est beaucoup as well as essentiel de pouvoir atténuer le bruit”, a-t-elle déclaré. “Nous avons donc désespérément besoin de matériaux en mousse qui absorbent mieux le bruit et les vibrations. C’est exactement là que le graphène peut fournir une atténuation du bruit incroyable en utilisant des niveaux extrêmement bas.”
Les autres co-auteurs de l’article sont Robert DeKleine et Rachel Couvreur de Ford. Tour est titulaire de la chaire TT et WF Chao en chimie et professeur de science des matériaux et de nano-ingénierie.
L’Air Pressure Place of work of Scientific Study (FA9550-19-1-0296), le Department of Vitality Countrywide Electrical power Engineering Laboratory (DE-FE0031794) et une Nationwide Science Foundation Graduate Study Fellowship ont soutenu la recherche.