Biến vỏ đậu phộng thành vật liệu graphene: Hướng đi mới cho công nghệ vật liệu bền vững

Một nghiên cứu mới do các nhà khoa học tại Đại học New South Wales (Úc) thực hiện đã mở ra hướng đi đầy triển vọng khi biến vỏ đậu phộng – loại phế phẩm nông nghiệp bị thải bỏ với khối lượng lớn – thành vật liệu carbon có tính chất tương tự graphene, góp phần phát triển công nghệ vật liệu tiên tiến theo hướng bền vững.
Theo công bố đăng tải trên tạp chí Chemical Engineering Journal Advances, mỗi năm thế giới thải ra hơn 10 triệu tấn vỏ đậu phộng, phần lớn chưa được tận dụng hiệu quả. Trong khi đó, graphene – một dạng vật liệu carbon có độ bền cao, siêu nhẹ, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt – lại đang được xem là “vật liệu kỳ diệu” với tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong điện tử, lưu trữ năng lượng và truyền tải dữ liệu. Tuy nhiên, chi phí sản xuất graphene hiện nay vẫn còn cao, gây khó khăn cho việc thương mại hóa trên quy mô lớn.
Xuất phát từ thực tế đó, nhóm nghiên cứu đã tận dụng lignin – một polymer tự nhiên giàu carbon có trong vỏ đậu phộng – để tạo ra vật liệu carbon chất lượng cao. Điểm đột phá của phương pháp này là sử dụng kỹ thuật “gia nhiệt Joule tức thời” (Flash Joule Heating – FJH), cho phép nung vật liệu lên trên 3.000°C chỉ trong vài mili giây bằng xung điện mạnh. Nhiệt độ cực cao giúp tái sắp xếp cấu trúc nguyên tử carbon, hình thành vật liệu có đặc tính tương tự graphene.
Trước khi áp dụng công nghệ FJH, vỏ đậu phộng được xử lý sơ bộ thông qua quá trình nung gián tiếp ở khoảng 500°C nhằm loại bỏ tạp chất và chuyển hóa thành dạng than hóa (char) – vật liệu có khả năng dẫn điện tốt hơn. Bước tiền xử lý này đóng vai trò quan trọng trong việc giảm lỗi cấu trúc và nâng cao chất lượng sản phẩm đầu ra.
Theo các nhà khoa học, phương pháp mới không chỉ giúp tận dụng nguồn phế phẩm nông nghiệp dồi dào mà còn tiêu tốn ít năng lượng hơn so với các quy trình sản xuất graphene truyền thống, đồng thời không sử dụng hóa chất độc hại, qua đó giảm chi phí và tác động môi trường.
Tuy nhiên, sản phẩm hiện tại chủ yếu là graphene nhiều lớp, chưa đạt đến độ hoàn thiện cao như graphene đơn lớp. Nhóm nghiên cứu cho biết cần thêm khoảng 3–4 năm để tối ưu quy trình và mở rộng quy mô phục vụ mục đích thương mại.
Đáng chú ý, hướng nghiên cứu này không chỉ dừng lại ở vỏ đậu phộng. Các nhà khoa học đang tiếp tục thử nghiệm với nhiều loại sinh khối khác như bã cà phê, vỏ chuối… nhằm khai thác hiệu quả nguồn rác hữu cơ khổng lồ để sản xuất vật liệu công nghệ cao.
Kết quả nghiên cứu được kỳ vọng sẽ góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế tuần hoàn, giảm thiểu chất thải và mở ra hướng tiếp cận mới cho ngành công nghiệp vật liệu trong tương lai./.