Forschern der Rice Universität ist es gelungen, Graphen (Betonung auf die zweite Silbe: Gra-phen) nicht aus kostspieligen, gereinigten Ausgangsmaterialien, sondern aus Alltagsabfällen herzustellen. Die Produktionsmenge wird in Kilogramm pro Tag angegeben, statt der üblichen kleinen Chargen von Gramm pro Tag, die mit traditionellen Methoden hergestellt werden. Mit der neuartigen Technik der Forscher, bei der Elektrizität eingesetzt wird, kann sogar Kohlenstoff aus Lebensmittelresten, Kunststoffabfällen und Holzabfällen als Ausgangsmaterial für hochwertiges Graphen verwendet werden. Diese bahnbrechende Studie birgt sowohl ein Umwelt- als auch ein Marktversprechen für verschiedene Anwendungen im Maßstab 1:1.
Graphen wird in Bereichen wie Batterieenergie, (flexible) Elektronik, Halbleiter, Solartechnik und sogar DNA-Sequenzierung wegen seiner hervorragenden mechanischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften hochgeschätzt. Strukturell kann Graphen als ultradünne Platten oder Filme aus reinen Kohlenstoffatomen dargestellt werden, die zur Herstellung hochfester Materialien wie z.B. Beton, Asphalt, Gebäude, Autos, Kleidung und mehr eingesetzt werden können.
Jahrzehntelang war Graphen nur von theoretischen Physikern konzipiert worden. Im Jahr 1962 wurde es dann mithilfe von Elektronenmikroskopen beobachtet. Seine Instabilität führte jedoch dazu, dass es am Rande der Physik blieb. Das änderte sich 2002, als Andre Geim, ein Physikprofessor der Universität Manchester, das Graphen wiederentdeckte.
Obwohl das Wissen über die Isolierung und Herstellung von Graphen seit den frühen 2000er-Jahren bekannt ist, waren die Kosten enorm hoch. Wieso? Die Methoden zur Herstellung von Graphen erforderten, wie Chemical & Engineering News zitierte, "teure Substrate, auf denen Graphen und/oder Reagenzien wie Methan, Acetylen und organische Feststoffe, die vor der Verwendung gereinigt werden müssen, wachsen können".
Ein neues Verfahren, entwickelt im Labor der Rice University des Chemikers James Tour, kann Massenmengen von nahezu jeder Kohlenstoffquelle in wertvolle Graphenflocken umwandeln. Dieser Vorgang ist schnell und billig. Laut Tour könne die „Flash-Graphen“ Technik eine Tonne Kohle, Speisereste oder Plastik zu einem Bruchteil der Kosten bisheriger Herstellungsverfahren in Graphen umwandeln.
Flash-Graphen werden durch Erhitzen von kohlenstoffhaltigen Materialien auf 3.000 Kelvon (etwa 5.000° Fahrenheit) in 10 Millisekunden hergestellt. Als Ausgangsmaterial dient nahezu alles mit Kohlenstoffgehalt. Lebensmittelabfälle, Plastikabfälle, Petrolkoks, Kohle, Holzabfälle und Biokohle seien die Hauptkandidaten aber auch Plastikmüll und Autoreifen, führt Tour aus.
Mit diesem Durchbruch des Teams der Rice University und von Universal Matter, Inc. steht die Branche kurz vor einem Wandel. Man muss sich nur vorstellen, dass diese neue „Trash-to-treasure“-Technik mit Graphen sowohl hinsichtlich der Produktionskosten als auch der Umwelt einen Gewinn darstellt.
Quelle: Science
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