Węgiel przyszłości wcale nie musi być czarny, a wręcz przeciwnie - zielony. Jego zastosowania wykraczają daleko poza energetykę, choć może przyczynić się do uzyskiwania energii w sposób bardziej przyjazny dla środowiska
Nowe zastosowania węgla są jednym z filarów inicjatywy Idea 3W, zainicjowanej przez Bank Gospodarstwa Krajowego. Autorzy zaprezentowanego w grudniu 2022 r. podczas II Kongresu 3W raportu „Idea 3W. Woda, wodór, węgiel: zasoby, które zbudowały i zmieniają świat” podkreślają, że naukowcy na całym świecie opracowują nowe materiały wykorzystujące węgiel nieenergetyczny (inaczej nazywany pierwiastkowym). Już teraz włókno węglowe, twardsze i lżejsze od stali, jest wykorzystywane w przemyśle motoryzacyjnym czy przy wytwarzaniu sprzętu sportowego, na przykład narciarskiego czy w ultralekkich rakietach tenisowych i rowerach, m.in. polskiej marki Kross. W Ropczycach pod Rzeszowem firma Rega Yacht od lat buduje łodzie z kompozytów węglowych, włókno węglowe sprawia, że łódź jest lekka, bezpieczna i szybka. Spółka ENForce Medical Technologies stworzyła pierwszą w 100 proc. polską bioniczną protezę stopy, również wykorzystując włókno węglowe.
Węgiel poddany obróbce termicznej lub chemicznej sprawdza się w oczyszczaniu powietrza i wody, jest wykorzystywany na przykład w filtrach w maseczkach, oczyszczaczach powietrza, samochodach, sprzęcie AGD.
Jak zwracają uwagę autorzy raportu, niektóre pierwiastki chemiczne, głównie niemetale, występują w różnych postaciach, mających odmienne właściwości fizyczne i różną aktywność chemiczną. Postaci te, zwane odmianami alotropowymi, różnią się budową sieci krystalicznej i liczbą atomów w cząsteczce. Grafit, diament, fullereny czy grafen, czyli węgiel w różnych postaciach, stwarzają szeroki wachlarz możliwości.
Autorzy raportu podkreślają, że węgiel przyszłości nie musi pochodzić wyłącznie z surowców kopalnych. Znajduje się on w roślinach, odpadach rolniczych czy osadach ściekowych. Naukowcy na Politechnice Łódzkiej opracowują obecnie metodę wytwarzania kwantowych kropek grafenowych z trawy. To bardzo dosłowny dowód na to, że węgiel można uznać za zielony zasób. Jego wykorzystanie nie musi się wiązać z uciążliwymi emisjami do atmosfery.
Niezwykle interesujące perspektywy otwiera nanotechnologia.
- Nanomateriały węglowe posiadają unikalne właściwości, które sprawiają, że ich wykorzystanie jest szczególnie korzystne w technologiach produkcji czystej energii. Nanotechnologia może obniżyć koszt katalizatorów oraz membran stosowanych w ogniwach paliwowych używanych do produkcji wodoru. Ponadto zastosowanie lekkich, bardziej wytrzymałych nanomateriałów do łopat wirnika może zwiększyć wydajność energii wiatrowej. Ich użycie może przyczynić się również do obniżenia ceny ogniw fotowoltaicznych, a w przypadku rolnictwa precyzyjnego, zoptymalizować uprawy wykorzystywane do produkcji biogazu i biopaliw - wskazują autorzy raportu.
Przykłady innowacyjnego zastosowania węgla można mnożyć. Dzięki nanomedycynie może pomóc w diagnostyce raka. W elektronice - zastąpić krzem.
- Potencjalne zastosowania przyszłych zaawansowanych materiałów węglowych obejmują samonaprawiające się, inteligentne tekstylia, tworzywa adaptujące się i biomimetyczne, wzorowane na rozwiązaniach ze świata natury - wyliczają autorzy raportu.
Podkreślają również, że Polacy opatentowali metodę produkcji najwyższej jakości grafenu na skalę przemysłową. Jego metoda wytwarzania opracowana na Politechnice Łódzkiej uzyskała ochronę patentową w USA i Unii Europejskiej.
Szersze niż do tej pory wykorzystanie węgla, zamiast betonu i stali, może okazać się przyszłością budownictwa. Materiały węglowe są bardziej trwałe i elastyczne niż te tradycyjnie stosowane.
Warto dodać, że fundamentem Idei 3W jest synergia wykorzystania wszystkich trzech zasobów. Wśród podanych w raporcie przykładów zastosowania węgla pierwiastkowego jest produkcja zbiorników ciśnieniowych i kriogenicznych wzmacnianych włóknem węglowym, w których magazynuje się wodór.
Wykorzystanie węgla było jednym z tematów prac nagrodzonych podczas Konkursu 3W, zorganizowanego przez BGK oraz Dziennik Gazetę Prawną. Laureaci odebrali nagrody podczas II Kongresu 3W.
Szymon Gustaw z Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie, zdobywca II miejsca w kategorii prace licencjackie, poruszył tematykę biowęgli - przede wszystkim właściwości, które są zbliżone do węgla drzewnego oraz szerokiej możliwości ich zastosowania. Jak podkreśla autor, biowęgle otrzymywane są najczęściej w procesie pirolizy biomasy pochodzącej głównie z odpadów roślinnych, choć mogą być to też odchody zwierząt, ale bardzo obiecującą perspektywą ich tworzenia jest wykorzystanie osadów ścieków komunalnych. Dodaje on, że biowęgle znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach gospodarki, w przemyśle energetycznym lub rolnictwie, a także w ochronie środowiska. Magdalena Tyc z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu, zdobywczyni II miejsca w kategorii prace magisterskie, przeprowadziła intensywne prace badawcze nad syntezą nowych katalizatorów.
- Na postawie przeprowadzonych testów elektrochemicznych wykazałam, iż zawarte w matrycy węglowej tlenki pełnią funkcje katalizatorów zarówno w reakcji wydzielania wodoru (HER), jak i w reakcji wydzielania tlenu (OER). Otrzymane materiały stanowić mogą alternatywę dla drogich komercyjnie wykorzystywanych katalizatorów zwierających w swoim składzie platynę, iryd lub ruten - opowiada Magdalena Tyc.
Joanna Szczepankowska z Uniwersytetu Rolniczego im. Hugona Kołłątaja w Krakowie, zdobywczyni I miejsca w kategorii prace inżynierskie, przedstawiła metodę otrzymywania biodegradowalnych folii polisacharydowych wzbogaconych w nanocząstki węglowe. Jak podkreśla, wytworzone materiały mogą stanowić alternatywę dla wykorzystywanych obecnie tworzyw sztucznych, będących dużym obciążeniem dla środowiska.
JPO
ORGANIZATOR:
/>
WSPÓŁORGANIZATOR:
/>