ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยไรซ์ (Rice University) ของสหรัฐฯ นำโดย ศาสตราจารย์ เจมส์ ทัวร์  พบวิธีผลิตผงกราฟีนคุณภาพสูงด้วยการใช้ไฟฟ้าเปลี่ยนสภาพโครงสร้างทางเคมีของขยะคาร์บอน ซึ่งเป็นวิธีการที่ทั้งประหยัดเวลาและค่าใช้จ่าย อีกทั้งเป็นการกำจัดขยะไปในตัวด้วย

ผงกราฟีนที่ได้นี้ ทางทีมงานตั้งชื่อมันว่า Flash Graphene หรือกราฟีนสายฟ้าแลบ ซึ่งต่อไปจะเป็นวัสดุที่ใช้กันทั่วไปในอนาคต ราคากราฟีนในเชิงพาณิชย์ในปัจจุบันมีตั้งแต่ 67,000 เหรียญสหรัฐถึง 200,000 เหรียญสหรัฐต่อตัน ซึ่งแพงมาก หากเราสามารถผลิตขึ้นมาจากขยะ เราก็จะได้กราฟีนคุณภาพดีราคาถูกออกมาใช้งานกันและในที่สุดราคาตลาดก็จะลดลง

กราฟีนเป็นวัสดุที่แข็งแรงที่สุดเท่าที่เคยค้นพบกันมา มีค่าความต้านแรงดึง (tensile strength) สูงถึง 130,000,000,000 ปาสคาล (ของเหล็กกล้าเบอร์ A36 มีค่า 400,000,000 ปาสคาล และของเส้นใยสังเคราะห์เคฟลาร์ (Kevlar) มีค่า 375,700,000 ปาสคาล) เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมเหนือกว่าทองแดงหลายเท่า เพียงผสมกราฟีน 1% ลงในพลาสติก ก็สามารถทำให้พลาสติกนั้นนำไฟฟ้าได้ทันที กราฟีนยังมีค่าอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูงมาก นอกจากนี้ยังเป็นวัสดุที่เบาที่สุดในโลก กราฟีนที่มีขนาดพื้นที่ 1 ตร. เมตร จะหนักเพียงประมาณ 0.77 มิลลิกรัม เทียบง่ายๆคือเบากว่ากระดาษ 100,000 เท่า

การสร้างผงกราฟีนจากเศษขยะของทีมวิจัยนั้น ทีมงานอธิบายว่า “ขยะโดยทั่วไปในชีวิตประจำวันที่อยู่ในสถานะของแข็ง เช่นเปลือกกล้วย เศษอาหาร แม้กระทั่งเศษพลาสติก จะมีองค์ประกอบพื้นฐานเป็นคาร์บอนอยู่แล้ว เราสามารถนำขยะเหล่านี้ผลิตเป็นผงกราฟีนสายฟ้าแลบได้ด้วยกรรมวิธีที่เราค้นพบล่าสุดนี้”

ทีมงานได้สร้างเตาปฏิกรณ์ขนาดเล็กขึ้นมาในห้องทดลองเพื่อให้ความร้อนแบบแฟลชจูล (Joule heating)  ซึ่งก็คือการปล่อยกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขยะคาร์บอนซึ่งจะมีสภาพต้านทานไฟฟ้าอยู่เป็นช่วงสั้นๆ ขยะซึ่งจะถูกทำให้ร้อนขึ้นไปถึงอุณหภูมิ 3,000 เคลวิน (ประมาณ 2,730 ° C) ในช่วง 10 มิลลิวินาที จะถูกทำลายพันธะคาร์บอน ทำให้มันกลายสภาพกลับไปเป็นกราไฟต์ (Graphite) ในที่สุด

ในอนาคต หากเครื่องมือในห้องแล็บตัวนี้สามารถทำออกมาในเชิงพานิชย์ได้จริง คือกลายเป็นโรงงานผลิตกราฟีนจากขยะขึ้นมาได้ กราฟีนราคาถูกจะแพร่หลายไปทั่วโลก ความเยี่ยมยอดของมันจะถูกนำไปใช้ในงานด้านเทคโนโลยีได้สารพัด เช่นการนำไปผสมปูนซีเมนต์เพื่อเพิ่มความแข็งแรงของอาคาร นำไปผลิตเสื้อกันกระสุนที่ทั้งบางเบาและแข็งแรงกว่าเคฟลาร์ แบตเตอรีมือถือ โครงจักรยาน เซลล์สุริยะ อุปกรณ์การแพทย์ที่ฝังในร่างกาย รวมทั้งแผ่นกรองน้ำทะเลให้เป็นน้ำจืดบริสุทธิ์ ซูเปอร์คาปาซิเตอร์ ทรานซิสเตอร์ และเซ็นเวอร์ มากมายเจียระไนไม่หมด

ทีมงานตีพิมพ์ผลการวิจัยเผยแพร่ลงในวารสาร Nature  https://www.nature.com/articles/s41586-020-1938-0.

เรียบเรียงโดย @MrVop