Experiment Chienova týmu. Kredit: UW Photo.

Těžba uhlí není právě přívětivá pro životní prostředí. Nicméně, v některých oblastech mají rozsáhlou infrastrukturu kolem těžby a zpracování uhlí, pro které se teď velmi špatně hledá odbyt. To vede k ekonomickým otřesům a sociálnímu pnutí. Proto by bylo skvělé, kdyby se pro uhlí, alespoň v menším rozsahu, nalezlo nové, moderní uplatnění.

Platí to i pro americkou uhelnou oblast Powder River Basin v jihovýchodní Montaně a severovýchodním Wyomingu. Pochází odtud asi 40 procent uhlí, co se využívá ve Spojených státech. Jistě není náhodou, že TeYu Chien z University of Wyoming a jeho tým usilovně hledají pro uhlí alternativní využití.

Nedávno vymysleli jednoduchý a relativně levný postup s jediným krokem, s jehož pomocí lze vyrobit vysoce ceněný nanografit, tedy grafit tvořený nanočásticemi, z uhelného prachu. Použili k tomu skleněné nádoby, měděnou folii a běžnou domácí mikrovlnnou troubu. Nanografit se dnes přitom využívá v mazivech a v řadě dalších technologií, od hasicích přístrojů až po lithium-iontové baterie.

Oblast Powder River Basin. Kredit: USGS.

Jak říká Chien, jejich nová metoda nabízí možnost využít rozsáhlé a nyní poněkud přebytečné zdroje uhlí pro výrobu žádaného materiálu, která je navíc přínosná ekonomicky i pro životní prostředí. Mimo jiné by takový postup mohl nahradit těžbu grafitu. Dřívější výzkum ukázal, že použití mikrovlnné pece může zajistit odstranění vlhkosti z uhlí, stejně jako odstranění síry a dalších nežádoucích minerálů. Tyto postupy ale obvykle vyžadují specifickou chemickou úpravu uhlí, což podstatně komplikuje celý proces.

University of Wyoming, logo.

Chienův tým prostě a jednoduše vzal vytěžené uhlí z dolu v Powder River Basin, které upravil do podoby prášku. Uhelný prášek pak umístili do měděné folie a uzavřeli do skleněných nádob se směsí s argonem. Tyto nádoby pak vložili do běžné kuchyňské mikrovlnky. Měděnou folii upravili do tvaru vidličky, aby po spuštění mikrovlnky vytvořila velmi žhavé jiskry, jejichž teplota se pohybovala kolem 1 000 °C. Jak k tomu poznamenávají autoři studie, to je přesně důvod, proč se do mikrovlnek nesmí dávat kovové příbory. Oni to ovšem udělali schválně.

Žhavé jiskry, měděná folie a plynný vodík společně zařídily, že se uhelný prášek změnil na polykrystalický nanografit. Optimální délka působení mikrovln přitom byla 15 minut. Badatelé jsou přesvědčeni, že jejich postup bude možné využívat ve velkém a vyrábět s ním velká množství vysoce kvalitního nanografitu.

Literatura

University of Wyoming 6. 1. 2021.

Nano-Structures & Nano-Objects 25 (online February 2021).