Los autos eléctricos podrían fabricarse con plástico de chatarra vieja, según una nueva investigación.
Parachoques, moquetas, alfombrillas, asientos, juntas y molduras de puertas se han transformado en grafeno, el material más ligero del mundo.
Inventado por científicos británicos hace casi dos décadas, está destinado a revolucionar la industria automotriz.
El metal aumentará la resistencia de los vehículos al reducir el peso, mejorar la eficiencia del combustible y crear una pintura a prueba de herrumbre.
Hará que los autos autónomos sean más seguros con sensores que tienen solo un átomo de espesor, lo que permitirá la detección de obstáculos incluso en condiciones climáticas difíciles.
El equipo de EE. UU. se asoció con Ford utilizando una técnica de vanguardia llamada calentamiento instantáneo Joule.
“Ford nos envió 10 libras de desechos plásticos mixtos de una instalación de destrucción de vehículos”, dijo el líder del proyecto, el profesor James Tour, de la Universidad Rice en Houston. “Estaba embarrado y húmedo. Lo mostramos, enviamos el grafeno a Ford, lo pusieron en nuevos compuestos de espuma e hizo lo que tenía que hacer.
“Luego nos enviaron los nuevos compuestos y los flasheamos y los volvimos a convertir en grafeno. Es un excelente ejemplo de reciclaje circular”.
El avance del reciclaje también podría reducir los residuos de los vertederos de más de 1400 millones de automóviles utilizados en todo el mundo.
Ford usa hasta 60 libras de espuma de poliuretano en sus vehículos, con alrededor de 2 libras reforzadas con grafeno a partir de 2018.
“Cuando recuperamos el grafeno de Rice, lo incorporamos a nuestra espuma en cantidades muy pequeñas y vimos una mejora significativa”, dijo el coautor, el Dr. Alper Kiziltas, experto en sostenibilidad del gigante de los motores. “Ha superado nuestras expectativas al proporcionar excelentes propiedades mecánicas y físicas para nuestras aplicaciones”.
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La compañía lo introdujo por primera vez en los componentes debajo del capó. En 2020 agregó una cubierta de motor reforzada con grafeno. También se espera que aumenten los plásticos duros.
Un nuevo camino
“Nuestro descubrimiento colaborativo con Rice se volverá aún más relevante a medida que Ford pase a los vehículos eléctricos”, dijo la coautora, la Dra. Deborah Mielewski, también de Ford.
“Cuando eliminas el ruido generado por el motor de combustión interna, puedes escuchar todo lo demás dentro y fuera del vehículo mucho más claramente”.
“Es mucho más crítico poder mitigar el ruido. “Así que necesitamos desesperadamente materiales de espuma que absorban mejor el ruido y las vibraciones.
“Aquí es exactamente donde el grafeno puede proporcionar una atenuación de ruido increíble utilizando niveles extremadamente bajos”.
El grafeno también reemplazará a las baterías de iones de litio, que actualmente son un componente muy pesado de los vehículos eléctricos.
El estudio de Ingeniería de Comunicaciones reutilizó grafeno para producir poliuretano mejorado para vehículos nuevos.
Las pruebas mostraron que la resistencia a la tracción de la espuma infundida y la absorción de ruido de baja frecuencia aumentaron un 34 % y un 25 %, respectivamente, con menos del 0,1 % en peso.
Y cuando esa nueva máquina sea vieja, la espuma se puede volver a convertir en grafeno. El plástico en los vehículos ha aumentado alrededor de un 75% en solo seis años.
“En Europa, los coches vuelven al fabricante, que solo puede tirar el 5% de un vehículo al vertedero. Eso significa que tienen que reciclar el 95%, y es abrumador”, dijo el prof. Tour dijo.
Estados Unidos destruye hasta 15 millones de vehículos al año, incluidos más de 27 millones en todo el mundo. Mucho termina siendo incinerado.
“Tenemos cientos de combinaciones diferentes de resina plástica, relleno y refuerzos en los vehículos que hacen que sea imposible separar los materiales”, dijo el Dr. Mielewski. “Cada aplicación tiene una carga/mezcla específica que cumple con los requisitos de la manera más económica”.
El plástico de ingeniería no se puede reciclar. Los métodos de reciclaje tradicionales son costosos porque requieren la separación de diferentes tipos.
“Estos no son reciclables como las botellas de plástico, por lo que no pueden derretirse y remodelarlos”, explicó el profesor Tour. “Entonces, cuando los investigadores de Ford vieron nuestro artículo sobre un flash Joule que calentaba el plástico de grafeno, estiraron la mano”.
El calentamiento Flash Joule fue desarrollado por su laboratorio hace dos años. Paquetes de plástico molido mixto y un aditivo de coque, para conductividad, entre los electrodos en un tubo.
El cóctel químico se detona a alto voltaje. El repentino e intenso calor alcanza casi los 5000 grados Fahrenheit vaporizando otros elementos, dejando atrás el grafeno.
Ofrece beneficios ambientales significativos. El proceso no requiere disolventes y utiliza un mínimo de energía.
En los experimentos, el equipo trituró la “pelusa” trituradora de las camionetas F-150 desechadas sin lavar ni preseleccionar los componentes.
El polvo calentado entre 10 y 16 segundos a baja corriente produjo un plástico altamente carbonizado que representó alrededor del 30 por ciento de la masa inicial.
El resto se desgasificó o se recuperó como ceras y aceites ricos en hidrocarburos. El autor principal, Kevin Wyss, un estudiante graduado, cree que esto también podría reciclarse.
Luego, el plástico carbonizado se brilló a alta corriente, convirtiendo el 85 por ciento en grafeno mientras se desgasificaba el hidrógeno, el oxígeno, el cloro, el silicio y las impurezas de metales traza.
Los análisis mostraron que produjo grafeno con una reducción sustancial de energía, emisiones de gases de efecto invernadero y consumo de agua en comparación con otros métodos, incluida la energía necesaria para reducir la pelusa trituradora a polvo.
El grafeno fue descubierto en 2004 por el profesor Andre Geim y el profesor Kostya Novoselov en la Universidad de Manchester. Más tarde les ganó el Premio Nobel de Física.
Es más fuerte que el diamante, pero se estira como el caucho. Es prácticamente invisible, conduce la electricidad y el calor mejor que cualquier cable de cobre y pesa casi nada.
En las próximas décadas, material asombroso cambiará casi todos los aspectos de nuestra vida.
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