Разработана эффективная технология переработки отходов деревообрабатывающей (кора, лигнин) промышленности, а также продуктов целлюлознобумажной (загрязненная бумага, картон, памперсы и т.д.) промышленности в востребованный углеродный наноматериал – малослойный графен (МГ). Технология за счет дешевизны исходных материалов и своей технической простоты является легко масштабируемой (до тонн) и позволяет получать МГ с себестоимостью в 30 тыс. рублей/кг, что на порядки дешевле конкурирующих предложений. Сам МГ может применяться во множестве отраслей, в том числе в качестве материала-сорбента для очистки воды от радионуклидов, а также в качестве матрицы для создания биопрепаратов по ликвидации нефтяных загрязнений.

Лигнин является отходом при производстве спиртов и в мире его накоплено более 100 млн. тонн и ежегодно накапливается еще 70 млн. тонн. Помимо того, что могильники лигнина занимают огромные пространства они склонны к самовозгоранию с образованием вялотекущих, но сложно ликвидируемых пожаров. Не смотря на попытки использования лигнина, например, при производстве топлива пеллет, данные решения не позволяют решить данную проблему из-за необходимости огромных инвестиций (для стагнации проблемы лигнина путем его переработки в пеллет требуется около 18 млрд. евро). В случае же перехода на биотопливо данная проблема станет экологической катастрофой. Не менее печально обстоит ситуация с корой деревьев: на данный момент перерабатывается на все цели не более 15% коры, остальное либо сжигается, либо сваливается в отвал. Схожая ситуация обстоит с отходами целлюлознобумажной промышленности: загрязненная бумага, картон, вощеная бумага, памперсы и т.д., которые не перерабатываются, а выбрасываются на свалку. Для решения данных проблем необходима дешевая и легко масштабируемая технология переработки данных отходов в коммерчески привлекательный продукт с высокой добавочной стоимостью и большим рынком сбыта. Таким продуктом может стать малослойный графен (МГ).

Малослойный графен (МГ, в иностранной литературе few-layer graphene или graphene nanosheets, ISO/TS 80004-13:2017) является углеродным наноматериалом в виде порошка, перспективность применения которого во множестве отраслей (от создания эффективных полимерных и металлических композитов до эффективных фильтров и материала для создания суперконденсаторов) была показана на практике ведущими мировыми научными группами. Однако, не смотря на свою перспективность МГ до сих пор не внедрен в промышленность из-за своей огромной себестоимости – до 76 млн. рублей, что делает его применение нерентабельным. Не смотря на это, объем рынка графеновых материалов на 2020 год составляет 113 млн. $ и непрерывно растет на 40% в год. Причиной высокой себестоимости графена является несовершенство технологий его синтеза (как по подходу “снизу-вверх” (CVD методики и т.д.), так и по подходу “вверху-вниз” (метод Хаммерса и т.д.)), поэтому множество научных групп ведут поиск новых более производительных и дешевых технологий синтеза графеновых материалов.

Разработанная нами технология базируется на методе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). СВС представляет собой процесс перемещения волны сильной экзотермической реакции по смеси реагентов (окислителя и восстановителя), в котором тепловыделение локализовано в слое и передается от слоя к слою путем теплопередачи. Типичными характеристиками процесса СВС являются: скорость распространения фронта пламени — (0,1 — 20) см/с; максимальная температура горения — (2300 — 3800) К; скорость нагрева вещества в волне — (103 — 106) град/с. Принципиальным отличием CВC от идеологически близкой методики быстрого пиролиза является наличие в реакционной массе кроме органической компоненты, также и неорганического окислителя. Преимуществами процесса СВС является простота аппаратурного оформления метода, высокие скорости синтеза, возможность проведения синтеза без постоянного подвода энергии от внешних источников питания, возможность проведения синтеза в любой атмосфере или в вакууме, отсутствие принципиальных масштабных ограничений, высокая чистота конечного материала.

        Потенциальный объем рынка графеновых материалов в случае снижения их себестоимости хотя бы до уровня 200000 руб/кг по самым грубым расчетам оценивается как минимум в 100 млрд. $ (Композиционные материалы ‑ 60 млрд. $, суперконденсаторы – 0,5 млрд. $, сорбенты 8,4 млрд. $, строительные материалы и добавка в бетон ‑ 18,1 млрд. $, цемент‑ 25 млрд. $, масла – 1,3 млрд. $, охлаждающие жидкости – 5,4 млрд. $.

На страницу проекта