Wissenschaftler wandeln Tamarindenschalen in eine Energiequelle für Fahrzeuge um
Die Schalen der Tamarinde, einer tropischen Frucht, die weltweit konsumiert wird, werden bei der Lebensmittelproduktion weggeworfen. Da sie sperrig sind, nehmen Tamarindenschalen einen beträchtlichen Teil des Platzes auf Deponien ein, wo sie als landwirtschaftlicher Abfall entsorgt werden.
Eine Nahaufnahme von Tamarindenschoten, zusammen mit Stücken ihrer Schale.
NTU Singapore
Ein Team von internationalen Wissenschaftlern unter der Leitung der Nanyang Technological University, Singapur (NTU Singapur) hat jedoch einen Weg gefunden, das Problem zu lösen. Durch die Verarbeitung der kohlenstoffreichen Tamarindenschalen wandelten die Wissenschaftler das Abfallmaterial in Kohlenstoff-Nanosheets um, die eine Schlüsselkomponente von Superkondensatoren sind - Energiespeicher, die in Automobilen, Bussen, Elektrofahrzeugen, Zügen und Aufzügen eingesetzt werden.
Die Studie spiegelt das Engagement der NTU wider, die großen Herausforderungen der Menschheit im Bereich der Nachhaltigkeit im Rahmen ihres Strategieplans 2025 anzugehen, der darauf abzielt, die Umsetzung von Forschungsergebnissen in Innovationen zu beschleunigen, die unsere Auswirkungen auf die Umwelt mindern.
Das Team, das sich aus Forschern der NTU Singapur, der Western Norway University of Applied Sciences in Norwegen und der Alagappa University in Indien zusammensetzt, glaubt, dass diese Nanosheets, wenn sie in größerem Maßstab hergestellt werden, eine umweltfreundliche Alternative zu ihren industriell gefertigten Gegenstücken sein könnten und gleichzeitig die Abfallmenge reduzieren.
Assistant Professor (Steve) Cuong Dang von der School of Electrical and Electronic Engineering der NTU, der die Studie leitete, sagte: "Durch eine Reihe von Analysen haben wir herausgefunden, dass die Leistung unserer aus Tamarindenschalen gewonnenen Nanosheets in Bezug auf die poröse Struktur und die elektrochemischen Eigenschaften mit ihren industriell hergestellten Gegenstücken vergleichbar ist. Der Prozess zur Herstellung der Nanosheets ist auch die Standardmethode zur Herstellung von Aktivkohle-Nanosheets."
Professor G. Ravi, Head, Department of Physics, der die Studie zusammen mit Asst Prof Dr. R. Yuvakkumar, beide von der Alagappa University, verfasst hat, sagte: "Die Verwendung von Tamarindenschalen kann den Platzbedarf für Mülldeponien reduzieren, vor allem in Regionen in Asien wie Indien, einem der größten Tamarindenproduzenten der Welt, der auch mit Problemen der Abfallentsorgung zu kämpfen hat."
Das Schritt-für-Schritt-Rezept für Kohlenstoff-Nanosheets
Um die Kohlenstoff-Nanosheets herzustellen, wuschen die Forscher zunächst Tamarindenfruchtschalen und trockneten sie bei 100°C für etwa sechs Stunden, bevor sie zu Pulver gemahlen wurden.
Anschließend backten die Wissenschaftler das Pulver in einem Ofen 150 Minuten lang bei 700-900 Grad Celsius unter Ausschluss von Sauerstoff, um es in ultradünne Kohlenstoffschichten, so genannte Nanosheets, umzuwandeln.
Tamarindenschalen sind reich an Kohlenstoff und von Natur aus porös, was sie zu einem idealen Material macht, aus dem Kohlenstoff-Nanosheets hergestellt werden können.
Ein gängiges Material zur Herstellung von Kohlenstoff-Nanosheets sind Industriehanffasern. Sie müssen jedoch 24 Stunden lang bei über 180°C erhitzt werden - viermal länger als bei Tamarindenschalen und bei einer höheren Temperatur. Erst dann wird der Hanf weiter erhitzt, um sie in Kohlenstoff-Nanosheets umzuwandeln.
Professor Dhayalan Velauthapillai, Leiter der Forschungsgruppe für fortschrittliche Nanomaterialien für saubere Energie- und Gesundheitsanwendungen an der Fachhochschule Westnorwegen, der an der Studie beteiligt war, sagte: "Kohlenstoff-Nanosheets bestehen aus Schichten von Kohlenstoffatomen, die in miteinander verbundenen Sechsecken angeordnet sind, wie eine Bienenwabe. Das Geheimnis hinter ihren Energiespeicherfähigkeiten liegt in ihrer porösen Struktur, die zu einer großen Oberfläche führt, die dem Material hilft, große Mengen an elektrischen Ladungen zu speichern."
Die aus Tamarindenschalen hergestellten Nanosheets zeigten auch eine gute thermische Stabilität und elektrische Leitfähigkeit, was sie zu einer vielversprechenden Option für die Energiespeicherung macht.
Die Forscher hoffen, die Produktion der Kohlenstoff-Nanosheets in größerem Maßstab mit Partnern aus der Landwirtschaft zu erforschen. Sie arbeiten auch daran, den Energiebedarf für den Produktionsprozess zu reduzieren, um ihn umweltfreundlicher zu machen, und versuchen, die elektrochemischen Eigenschaften der Nanosheets zu verbessern.
Das Team hofft auch, die Möglichkeit zu erforschen, verschiedene Arten von Fruchtschalen zur Herstellung von Kohlenstoff-Nanosheets zu verwenden.
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