Selon l'Organisation mondiale de la santé, avec plus d'un milliard de fumeurs dans le monde, l'usage du tabac n'est pas seulement un problème de santé, mais également un problème environnemental majeur. Des milliards de mégots de cigarettes par an sont jetés, souvent au sol, où ils provoquent des incendies, sont ingérés par des animaux et lessivent des produits chimiques dans le sol et dans l’eau.
Un groupe de chercheurs sud-coréens du Environmental Material & Process Lab de l'Université nationale de Séoul ont trouvé un moyen de transformer les mégots de cigarettes en déchets dangereux en une aubaine pour les initiatives en matière d'énergie verte.
Dans un article publié récemment dans la revue Nanotechnology, les chercheurs ont présenté un processus en une étape permettant de transformer les filtres de cigarettes usés (composant principal des mégots) en un matériau pouvant être utilisé pour stocker de l'énergie dans des supercondensateurs - des composants pouvant être utilisés aux côtés de piles le réseau électrique, l'électronique grand public et les véhicules électriques.
Les supercondensateurs excellent en cas de besoin (par exemple lorsque vous frappez l'accélérateur dans une voiture électrique ou pendant les heures de pointe dans un réseau électrique), soulageant ainsi la batterie, qui est plus efficace pour fournir un débit constant.
Le matériau de carbone hybride (NCF) hybride méso- / microporeux dopé à l'azote (NCF), créé à partir de filtres de cigarettes usagés, présente une grande surface, le rendant idéal pour le stockage d'énergie dans les supercondensateurs. (Nanotechnologie) Selon le document, lorsqu'elles sont soumises à une décomposition chimique dans une technique appelée pyrolyse, les fibres d'acétate de cellulose contenues dans les filtres se transforment en un matériau carboné avec des pores de tailles variables et une grande surface spécifique. Cela rend le matériau idéal pour le stockage d'énergie dans les supercondensateurs, car les ions ont besoin d'une surface physique pour s'accrocher. Selon les auteurs, le matériau à base de bout à bout surpasse les substances actuellement utilisées dans les supercondensateurs, comme le carbone, le graphène et les nanotubes de carbone.
L'un des auteurs du journal, Minzae Lee, a déclaré que, parce que le gouvernement sud-coréen envisageait de hausser les taxes sur le tabac, les cigarettes préoccupaient de nombreuses personnes. Mais il dit que c’est Gil-Pyo Kim, l’un de ses coauteurs, qui est le premier à avoir eu cette idée.
«Il existe déjà de nombreuses recherches [montrant] que le carbone peut être synthétisé par pyrolyse de plastique», écrit Lee. «Nous nous attendions donc à ce que la transformation des mégots de cigarettes en matériau de stockage de l’énergie soit une solution à deux problèmes difficiles, l’environnement et l’énergie.»
Le processus de transformation des mégots usés en matériau supraconducteur nécessite toutefois une bonne quantité d'énergie. Selon Lee, la température du matériau filtrant doit être augmentée de 5 degrés par minute dans un environnement sans oxygène, jusqu'à atteindre une température maximale de 900 degrés Celsius. Ensuite, le matériau est maintenu à cette température pendant deux heures. Ce processus est similaire à la transformation du bois en charbon de bois.
Une fois créés, les chercheurs ont recouvert une électrode de leur matériau, plutôt que du charbon actif utilisé dans les supercondensateurs traditionnels, et testé sa capacité à charger et décharger en absorbant et en libérant des ions électrolytes.
Selon l'article, le matériau dérivé des filtres usés était capable de se charger et de se décharger plus rapidement, ainsi que de supporter plus de charge électrique que les matériaux traditionnels. Le matériau a pu maintenir cette performance grâce à 6 000 cycles de charge et de décharge au cours des tests.
Elon Musk, fondateur de Tesla Motors, a déclaré en 2011 qu'une percée dans le domaine des supercondensateurs serait importante pour l'avenir des véhicules électriques. Mais ne vous attendez pas à ce que les futures voitures plug-in renoncent complètement à leurs batteries. C’est la capacité des supercondensateurs à absorber très rapidement des quantités énormes de puissance lorsque les freins d’un véhicule l’adapte parfaitement aux véhicules électriques. Les batteries traditionnelles absorberaient ensuite lentement cette électricité dans leurs cellules, où elle pourrait être utilisée pour étendre la portée du véhicule. Il est peu probable que les supercondensateurs se rapprochent bientôt des capacités de stockage des batteries à base de produits chimiques.
«Les supercondensateurs sont utilisés dans des applications nécessitant une charge / décharge rapide, alors que les batteries sont utilisées pour les plus grandes quantités d'énergie», écrit Lee. "Les supercondensateurs doivent être chargés dans des appareils électroniques simultanément à l'utilisation de piles."
Comme cette méthode d'amélioration des supercondensateurs en est encore à la phase de test, il est difficile de savoir quand les cigarettes recyclées de l'équipe vont se retrouver dans des véhicules ou d'autres dispositifs. Mais il est clair que lorsque le moment sera venu d’accroître la production, il ne manquera pas de mégots de cigarettes disponibles pour construire des milliards de supercondensateurs.
