En un avance científico que sería la envidia del propio George Washington Carver, los científicos pueden haber ideado el uso más ingenioso del maní hasta ahora. Pero estas no son las leguminosas populares que Carver convirtió en alimentos, colorantes y cosméticos: están empacando maní. Un equipo de ingenieros químicos de la Universidad de Purdue ha desarrollado una forma fascinante de reutilizar el maní de embalaje para la fabricación de ánodos de carbono, un componente de las baterías recargables que superan a las baterías de la competencia en el mercado.
El embalaje de maní ha demostrado ser increíblemente útil para garantizar la llegada segura de paquetes voluminosos con un peso agregado despreciable. Sin embargo, son un demonio para deshacerse de ellos. Debido a que ocupan tanto espacio y son caros de transportar, muchos servicios de reciclaje en la acera ya no aceptan maní. Como resultado, solo una fracción del maní de embalaje se recicla adecuadamente.
La mayoría restante es arrojada a vertederos donde pueden representar una amenaza ambiental significativa. Además de demorar varias generaciones en descomponerse, el maní a base de poliestireno (la espuma de poliestireno es la marca común) contiene químicos que se cree que son cancerígenos. En respuesta a las críticas de estos efectos ambientales nocivos, los fabricantes introdujeron cacahuetes biodegradables a base de almidón no tóxico. Sin embargo, los investigadores de Purdue afirman que esta alternativa "verde" también puede contener productos químicos potencialmente peligrosos que se utilizan para "inflar" estos cacahuetes.
Vilas Pol, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería Química de Purdue y autor principal del estudio, dice que su inspiración para el proyecto surgió al ordenar materiales para su nuevo laboratorio experimental de investigación de baterías. "Estábamos obteniendo una gran cantidad de equipos y productos químicos contenidos en muchas cajas, todas llenas de maní de embalaje, y en algún momento me di cuenta de que todos estos maníes se desperdiciarían", dice Pol. "Queríamos hacer algo que fuera bueno para la sociedad y el medio ambiente".
Las baterías de iones de litio consisten principalmente en un electrodo positivo (cátodo) hecho de una sustancia a base de litio, un electrodo negativo (ánodo) hecho de carbono, una membrana polimérica que los separa y una sustancia de fluido electrolítico que puede transportar carga a través de la membrana. Cuando la batería se carga, los iones de litio positivos se mueven del cátodo positivo al ánodo negativo y se almacenan en el carbono. Por el contrario, cuando la batería está en uso, los iones de litio fluyen en la dirección opuesta, generando electricidad.
Después de que un análisis inicial reveló que los componentes principales de los cacahuetes de empaque son carbono, hidrógeno y oxígeno, el equipo buscó desarrollar un proceso que pudiera utilizar el carbono para crear un ánodo para una batería de iones de litio. Al calentar los cacahuetes en condiciones específicas, el equipo pudo aislar el carbono, con especial cuidado para eliminar el oxígeno y el hidrógeno a través de la formación de vapor de agua, a fin de no crear un subproducto que fuera peligroso para el medio ambiente. Luego, el equipo aplicó calor adicional al carbón restante, moldeándolo en láminas muy delgadas capaces de servir como un ánodo para su batería.
Sorprendentemente, la nueva batería "reciclada" superó ampliamente las expectativas de los científicos: almacenó más carga general, en aproximadamente un 15 por ciento, y se cargó más rápido que otras baterías de iones de litio comparables. Resulta que el proceso de fabricación único del equipo alteró inadvertidamente la estructura del carbono para su beneficio. Investigaciones posteriores revelaron que cuando se liberaba agua del almidón, producía pequeños poros y cavidades, lo que aumentaba el área de superficie total capaz de contener la carga de litio. Pol y sus colegas también descubrieron que su proceso aumentó la separación entre los átomos de carbono, facilitando una carga más rápida al permitir que los iones de litio tengan un acceso más eficiente a cada átomo de carbono. "Es como si tuvieras una puerta más grande para que atraviese el litio", dice Pol. "Y este espacio más grande motiva al litio a moverse más rápido".
Además del impacto ambiental positivo inherente de la reutilización de los cacahuetes que de otro modo llenarían los vertederos, el aislamiento de carbono puro de los cacahuetes requiere una energía mínima (solo 1.100 grados Fahrenheit). Por el contrario, la temperatura requerida para producir carbón convencional utilizado para los ánodos de la batería es de entre 3.600 y 4.500 grados Fahrenheit y toma varios días, afirma Pol.
Los investigadores han solicitado una patente para su nueva tecnología, con la esperanza de llevarla al mercado en los próximos dos años, y planean investigar también otros usos para el carbono. "Este es un proceso muy escalable", dice Pol. Y “estas baterías son solo una de las aplicaciones. El carbono está en todas partes.
