Hydra
Miembro Maestro
Nuestra sociedad genera cantidades asombrosas de residuos en todos los ámbitos de la actividad económica. Los más importantes, aparte de los residuos energéticos, son los de los sectores alimentario y del plástico.
Los datos recopilados por la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), estiman que en el año 2019 se generaron alrededor de 931 millones de toneladas de residuos alimentarios, de los cuales el 61% procedía de los hogares, el 26% del servicio de comidas y el 13% del comercio minorista. Esto sugiere que el 17% de la producción mundial total de alimentos puede desperdiciarse. Más de la mitad se compone de residuos de frutas.
Según un informe de 2022 del Foro Económico Mundial, el mundo produce unos 400 millones de toneladas de residuos plásticos al año, pero sólo el 9% de ese plástico se recicla; el 12% se incinera y la friolera del 79% se vierte en vertederos o en el medio ambiente.
Sin embargo, tanto los residuos alimentarios como los plásticos son fuentes de carbono potencialmente valiosas.
Edison H. Ang, profesor adjunto de la Universidad Tecnológica Nanyang de Singapur, y su grupo trabajan en el reciclaje de materiales de desecho para obtener carbono de alto valor mediante la combinación de la ciencia de los materiales y la nanotecnología para desarrollar nanoestructuras funcionales para aplicaciones avanzadas de almacenamiento de energía, catálisis, purificación del agua y biosensores.
El grupo ha publicado recientemente dos artículos en los que describe rutas para la producción sostenible de MXeno a partir de residuos de frutas, y el desarrollo sostenible de nanohojas de carbono grafítico a partir de residuos plásticos.
"Tanto el MXeno como el grafeno son conductores por naturaleza y su estructura 2D los hace atractivos para su uso en aplicaciones de almacenamiento de energía", explica Ang a Nanowerk. "Nuestro principal objetivo con esta investigación ha sido crear materiales innovadores y sostenibles para construir evaporadores solares. Nuestro objetivo ha sido utilizar métodos respetuosos con el medio ambiente para producir agua dulce utilizando energía solar. Sin embargo, el reto consiste en encontrar materiales renovables adecuados para este fin. Por eso nos hemos centrado en los materiales de desecho que pueden carbonizarse y reciclarse para crear evaporadores solares más eficientes y respetuosos con el medio ambiente".
En su artículo publicado en Chemistry - A European Journal, el equipo presenta un sencillo proceso de calcinación en dos etapas que permite crear materiales bidimensionales (2D) de carburo de molibdeno en capas (Mo2C) utilizando residuos de frutas como fuente de carbono.
Los residuos de fruta elegidos para este estudio fueron: la cáscara de coco, la cáscara de naranja y la cáscara de plátano. Se seleccionaron porque una proporción significativa de la fruta (50-65% de la masa total) no es comestible y suele desecharse como residuo.
Residuos de fruta ➡ 2D [imath]Mo_{2}C_{CH}[/imath] ▶ Evaporador solar: 1. Agua de mar simulada 2. Aislante térmico 3. Capa fotométrica
Ilustración esquemática de la formación de capas 2D [imath]Mo_{2}[/imath] a partir del reciclado de residuos frutales de cáscara de coco (CH).
Etapa I: síntesis de materiales carbonosos derivados del CH, denominados [imath]C_{CH}[/imath]
Etapa II: síntesis de la capa 2D [imath]Mo_{2}C_{CH}[/imath] por carbonización del [imath]C_{CH}[/imath] con precursor de Mo. Una configuración común del evaporador solar 2D [imath]Mo_{2}C_{CH}[/imath] consta de tres componentes, incluyendo el agua de mar simulada, el aislante térmico (es decir, espuma de poliestireno) junto con la capa fototérmica que comprende la capa 2D Mo2CCH depositada sobre el papel al aire.
En su informe publicado en Journal of Materials Chemistry A, el equipo demuestra un método sencillo de dos pasos que implica:
El tratamiento con ácido y la carbonización para sintetizar nanoplanchas de carbono grafítico 2D ultrafinas (con un grosor inferior a 1 nm) con estructura de panal (g-CNS) a partir de residuos plásticos como bolsas y botellas de plástico.
a) Residuos PB - [imath]2D-CNS_{PB}[/imath]
b) i. Consersión luz-calor
ii. Transporte de agua Canal entre capas
Iones salinos
Agua
(a) Ilustración esquemática de la formación de nanohojas de carbono grafítico 2D (g-CNS) a partir del upcycling de residuos de bolsas de plástico (PB). Etapa I: crecimiento del negro de humo sulfonado derivado de la bolsa de plástico (s-CBPB). Etapa II: formación de [imath]g-CNS_{PE}[/imath] 2D por carbonización de [imath]s-CB_{PB}[/imath]. (b) El esquema muestra un montaje típico de un evaporador solar y las características únicas del [imath]g-CNS_{PB}[/imath] consistente en: (1) agua de mar simulada, (2) un aislante térmico (es decir, poliestireno, espuma PS), y (3) una capa fototérmica formada por g-CNS 2D sobre un soporte de papel colocado al aire.
En la siguiente fase de sus investigaciones, el equipo trabajará en la ampliación de los MXenos y las nanohojas de grafeno recicladas a partir de residuos orgánicos a otras posibles aplicaciones, como materiales de electrodos para dispositivos de almacenamiento de energía.
"Los retos a los que nos enfrentamos para extender este trabajo a aplicaciones de almacenamiento de energía es eliminar las impurezas de los residuos de fruta y plástico, ya que pueden afectar al rendimiento de los electrodos de las baterías", concluye Ang. "Por lo tanto, tenemos que desarrollar métodos para purificar los materiales de partida con el fin de producir MXenos y grafeno de alta calidad adecuados para aplicaciones energéticas".
Los datos recopilados por la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO), estiman que en el año 2019 se generaron alrededor de 931 millones de toneladas de residuos alimentarios, de los cuales el 61% procedía de los hogares, el 26% del servicio de comidas y el 13% del comercio minorista. Esto sugiere que el 17% de la producción mundial total de alimentos puede desperdiciarse. Más de la mitad se compone de residuos de frutas.
Según un informe de 2022 del Foro Económico Mundial, el mundo produce unos 400 millones de toneladas de residuos plásticos al año, pero sólo el 9% de ese plástico se recicla; el 12% se incinera y la friolera del 79% se vierte en vertederos o en el medio ambiente.
Sin embargo, tanto los residuos alimentarios como los plásticos son fuentes de carbono potencialmente valiosas.
Edison H. Ang, profesor adjunto de la Universidad Tecnológica Nanyang de Singapur, y su grupo trabajan en el reciclaje de materiales de desecho para obtener carbono de alto valor mediante la combinación de la ciencia de los materiales y la nanotecnología para desarrollar nanoestructuras funcionales para aplicaciones avanzadas de almacenamiento de energía, catálisis, purificación del agua y biosensores.
El grupo ha publicado recientemente dos artículos en los que describe rutas para la producción sostenible de MXeno a partir de residuos de frutas, y el desarrollo sostenible de nanohojas de carbono grafítico a partir de residuos plásticos.
"Tanto el MXeno como el grafeno son conductores por naturaleza y su estructura 2D los hace atractivos para su uso en aplicaciones de almacenamiento de energía", explica Ang a Nanowerk. "Nuestro principal objetivo con esta investigación ha sido crear materiales innovadores y sostenibles para construir evaporadores solares. Nuestro objetivo ha sido utilizar métodos respetuosos con el medio ambiente para producir agua dulce utilizando energía solar. Sin embargo, el reto consiste en encontrar materiales renovables adecuados para este fin. Por eso nos hemos centrado en los materiales de desecho que pueden carbonizarse y reciclarse para crear evaporadores solares más eficientes y respetuosos con el medio ambiente".
En su artículo publicado en Chemistry - A European Journal, el equipo presenta un sencillo proceso de calcinación en dos etapas que permite crear materiales bidimensionales (2D) de carburo de molibdeno en capas (Mo2C) utilizando residuos de frutas como fuente de carbono.
Los residuos de fruta elegidos para este estudio fueron: la cáscara de coco, la cáscara de naranja y la cáscara de plátano. Se seleccionaron porque una proporción significativa de la fruta (50-65% de la masa total) no es comestible y suele desecharse como residuo.
Residuos de fruta ➡ 2D [imath]Mo_{2}C_{CH}[/imath] ▶ Evaporador solar: 1. Agua de mar simulada 2. Aislante térmico 3. Capa fotométrica
Ilustración esquemática de la formación de capas 2D [imath]Mo_{2}[/imath] a partir del reciclado de residuos frutales de cáscara de coco (CH).
Etapa I: síntesis de materiales carbonosos derivados del CH, denominados [imath]C_{CH}[/imath]
Etapa II: síntesis de la capa 2D [imath]Mo_{2}C_{CH}[/imath] por carbonización del [imath]C_{CH}[/imath] con precursor de Mo. Una configuración común del evaporador solar 2D [imath]Mo_{2}C_{CH}[/imath] consta de tres componentes, incluyendo el agua de mar simulada, el aislante térmico (es decir, espuma de poliestireno) junto con la capa fototérmica que comprende la capa 2D Mo2CCH depositada sobre el papel al aire.
Según los resultados preliminares de los investigadores, los diferentes tipos de residuos de frutas tienen diferentes tasas de evaporación de agua y eficiencia de conversión fototérmica en evaporadores solares de agua. La capa fototérmica hecha de cáscara de coco tiene la PTCE más alta, del 94%, y la tasa de evaporación más elevada, de 1,52 kg [imath]m^{-2}h^{-1}[/imath], bajo una iluminación solar (es decir, la cantidad de radiación solar que llega a la superficie de la Tierra en condiciones normales cuando el sol está directamente encima).
"La gran superficie específica de [imath]555.1[/imath] [imath]m^{2}g^{-1}[/imath] y la amplia banda de absorción solar que oscila entre 300 y 1600 nm dan lugar a una PTCE mejorada, mientras que la mejor capacidad de humectación y la presencia de un amplio grupo de micro y mesoporos permiten un rápido transporte del agua", explica el profesor Edison H. Ang. "En comparación con los datos publicados anteriormente, es la primera vez que se consigue una PTCE y unas tasas de evaporación tan elevadas".
En su informe publicado en Journal of Materials Chemistry A, el equipo demuestra un método sencillo de dos pasos que implica:
El tratamiento con ácido y la carbonización para sintetizar nanoplanchas de carbono grafítico 2D ultrafinas (con un grosor inferior a 1 nm) con estructura de panal (g-CNS) a partir de residuos plásticos como bolsas y botellas de plástico.
a) Residuos PB - [imath]2D-CNS_{PB}[/imath]
b) i. Consersión luz-calor
ii. Transporte de agua Canal entre capas
Agua(a) Ilustración esquemática de la formación de nanohojas de carbono grafítico 2D (g-CNS) a partir del upcycling de residuos de bolsas de plástico (PB). Etapa I: crecimiento del negro de humo sulfonado derivado de la bolsa de plástico (s-CBPB). Etapa II: formación de [imath]g-CNS_{PE}[/imath] 2D por carbonización de [imath]s-CB_{PB}[/imath]. (b) El esquema muestra un montaje típico de un evaporador solar y las características únicas del [imath]g-CNS_{PB}[/imath] consistente en: (1) agua de mar simulada, (2) un aislante térmico (es decir, poliestireno, espuma PS), y (3) una capa fototérmica formada por g-CNS 2D sobre un soporte de papel colocado al aire.
"Creemos que es la primera vez que se fabrican estos CNS 2D grafíticos a partir de residuos plásticos", afirma Ang. "Las singulares estructuras de tipo grafítico y 2D no aparecen en los materiales carbonosos obtenidos a partir de residuos plásticos de los que se ha informado anteriormente. Gracias a sus características grafíticas y a la arquitectura de canales 2D entre capas, pueden mejorar la conversión de luz en calor y el transporte de agua para la evaporación solar, respectivamente".En la siguiente fase de sus investigaciones, el equipo trabajará en la ampliación de los MXenos y las nanohojas de grafeno recicladas a partir de residuos orgánicos a otras posibles aplicaciones, como materiales de electrodos para dispositivos de almacenamiento de energía.
"Los retos a los que nos enfrentamos para extender este trabajo a aplicaciones de almacenamiento de energía es eliminar las impurezas de los residuos de fruta y plástico, ya que pueden afectar al rendimiento de los electrodos de las baterías", concluye Ang. "Por lo tanto, tenemos que desarrollar métodos para purificar los materiales de partida con el fin de producir MXenos y grafeno de alta calidad adecuados para aplicaciones energéticas".
Última edición:
