בפריצת דרך מדעית שתהיה קנאתו של ג'ורג 'וושינגטון קארבר עצמו, יתכן שמדענים גילו את השימוש הגאוני ביותר בבוטנים עד כה. אבל אלה לא הקטניות הפופולריות שקרבר עיצבה למזונות, צבעים וקוסמטיקה - הם אורזים בוטנים. צוות מהנדסים כימיים מאוניברסיטת פורדו פיתח כעת דרך מרתקת לשימוש חוזר באריזת בוטנים לייצור אנודות פחמן, מרכיב של סוללות נטענות העולות על מצברים תחרותיים בשוק.
אריזות בוטנים הוכחו כמועילות להפליא בהבטחת הגעתם הבטוחה של חבילות מגושמות עם משקל מוסף זניח. עם זאת, הם שטן להיפטר ממנו. מכיוון שהם תופסים כל כך הרבה מקום ויקר להובלה, שירותי מיחזור רבים על שפת המדרכה כבר לא מקבלים בוטנים. כתוצאה מכך, רק חלק קטן מאריזת הבוטנים ממוחזרים כראוי.
הרוב הנותר נזרק למזבלות שם הם יכולים להוות איום סביבתי משמעותי. בנוסף לקיחת מספר רב של דורות לפירוק, קלקר (קלקר הוא המותג הנפוץ) מכיל בוטנים מבוססי כימיקלים המאמינים כי הם מסרטנים. בתגובה לביקורת על ההשפעות הסביבתיות המזיקות הללו, הציגו היצרנים בוטנים מבוססי עמילן שאינם רעילים. עם זאת, החוקרים ב"פורדו "טוענים כי אלטרנטיבה" ירוקה "זו עשויה להכיל גם כימיקלים שעלולים להיות מסוכנים המשמשים ל"תפיח" את הבוטנים הללו.
וילאס פול, פרופסור חבר בבית הספר להנדסה כימית של פרדו, וכותב המחקר הראשי, אומר שההשראה שלו לפרויקט הגיעה בזמן שהזמין חומרים למעבדת מחקר הסוללה הניסיונית החדשה שלו. "קיבלנו הרבה ציוד וכימיקלים הכלולים בתיבות רבות שכולן מלאות בוטנים, ובשלב מסוים הבנתי שכל הבוטנים האלה הולכים לבזבז, " אומר פול. "רצינו לעשות משהו שטוב לחברה ולסביבה."
סוללות ליתיום-יון מורכבות בעיקר מאלקטרודה חיובית (קתודה) העשויה מחומר מבוסס ליתיום, אלקטרודה שלילית (אנודה) עשויה מפחמן, ממברנה פולימרית המפרידה ביניהן וחומר נוזלי אלקטרוליטי שיכול לשאת מטען דרך הממברנה. כאשר הסוללה נטענת, יוני ליתיום חיוביים עוברים מהקתודה החיובית לאנודה השלילית ומאוחסנים על הפחמן. לעומת זאת, כאשר הסוללה נמצאת בשימוש, יוני הליתיום זורמים בכיוון ההפוך, ויוצרים חשמל.
לאחר שניתוח ראשוני חשף כי המרכיבים העיקריים של אריזת בוטנים הם פחמן, מימן וחמצן, הצוות ביקש לפתח תהליך שיכול לנצל את הפחמן ליצירת אנודה לסוללת ליתיום-יון. על ידי חימום הבוטנים בתנאים ספציפיים הצליח הצוות לבודד את הפחמן, תוך הקפדה יתרה על השלכת החמצן והמימן באמצעות היווצרות אדי מים, כדי לא ליצור תוצר לוואי המסוכן לסביבה. לאחר מכן הציב הצוות חום נוסף על הפחמן שנותר, ויצר אותו לסדינים דקים מאוד המסוגלים לשמש כאנודה לסוללה שלהם.
באופן מפתיע, הסוללה "המחוממת" החדשה עברה בהרבה את הציפיות של המדענים - ואחסנה טעינה כוללת יותר, בערך 15 אחוזים, והטעינה מהירה יותר מאשר סוללות ליתיום-יון דומות. מסתבר שתהליך הייצור הייחודי של הצוות שינה שלא במתכוון את מבנה הפחמן לטובתם. מחקירה נוספת העלתה כי כאשר שוחררו מים מהעמילן, הם ייצרו נקבוביות וחללים קטנים - מה שהגדיל את שטח הפנים הכללי המסוגל להחזיק את מטען הליתיום. פול ועמיתיו גילו כי התהליך שלהם הגביר את המרווח בין אטומי הפחמן - מה שמאפשר טעינה מהירה יותר בכך שהוא מאפשר ליוני הליתיום גישה יעילה יותר לכל אטום פחמן. "זה כאילו שיש לך דלת גדולה יותר לליתיום לעבור", אומר פול. "והמרחב הגדול יותר הזה מניע את הליתיום לנוע מהר יותר."
בנוסף להשפעה הסביבתית החיובית המובנית של שימוש חוזר בבוטנים שאחרים יצטופפו למזבלות, בידוד הפחמן הטהור מהבוטנים דורש אנרגיה מינימלית (1, 100 מעלות פרנהייט בלבד). לעומת זאת, הטמפרטורה הנדרשת לייצור פחמן קונבנציונאלי המשמשת לאנודות סוללה היא בין 3, 600 מעלות ל- 4, 500 מעלות פרנהייט והיא אורכת מספר ימים, קובע פול.
החוקרים הגישו בקשה לפטנט על הטכנולוגיה החדשה שלהם, בתקווה להביא אותו לשוק בשנתיים הקרובות, ומתכננים לחקור גם שימושים אחרים לפחמן. "זה תהליך מאוד מדרגי", אומר פול. ו"סוללות אלה הן רק אחת מהיישומים. פחמן נמצא בכל מקום.
