リサイクル：わら綿稈を利用したエネルギー貯蔵炭素材料の製造

国農業科学院農業環境と持続可能な発展研究所によると、同所の栽培廃棄物のクリーン転化と高価値利用チームはわら綿わらタールの重合による改質を明らかにし、エネルギー貯蔵炭素材料の合成経路と制御メカニズムを調製し、わら綿わらの高価値利用のために新しい視点と新しい方法を提供した。関連研究成果は先日、学術誌「バイオカーボン」に発表された。

2022年、我が国の農作物わら綿茎の発生量は8億6500万トンである。わら綿の高値利用の推進は農業生態環境を改善し、農業のグリーン低炭素発展を加速させる重要な措置である。熱分解技術はわらをバイオ炭、熱分解ガス、熱分解タールなどの製品に転化し、わら綿わらの田畑からの高値利用を促進することができる。その中で、熱分解タールは炭素含有量が高く、灰分含有量が低く、重合しやすいなどの特徴があり、多孔質炭素材料の調整・合成に適している。しかし、タール成分は複雑であり、炭素への重合メカニズムと細孔調節規則はまだ明確ではない。

論文通信の著者である中国農業科学院農業環境・持続可能な発展研究所の姚宗路研究員は、今回の研究ではタール重合の協同活性化窒素添加による多孔質エネルギー貯蔵炭素材料の製造方法を提案し、尿素と水酸化カリウムの協同作用が窒素元素ドーピングと微小孔質形成に重要な役割を果たしていることを発見し、そして製造されたエネルギー貯蔵炭素材料は優れたエネルギー貯蔵特性を示した。チームはタールで製造されたエネルギー貯蔵炭素材料で組み立てられたスーパーキャパシタデバイスをテストした結果、このデバイスは3電極系で309.5ファラ/グラムの最高比キャパシタンスを示した。両電極対称系を1万回循環した後も、その単極比容量は80.1%の循環特性を維持し、性能は商業活性炭より顕著に優れている。

本研究は茎綿茎の高値利用のために新しい経路と理論的支持を提供した。「研究によって提案されたわら綿茎タールのエネルギー貯蔵炭素材料製造技術を産業化応用すれば、一定の経済効果を生むことができる」と姚宗路氏は述べた。