Científicos de la Universidad de Rice han optimizado un proceso para convertir los desechos de las llantas de caucho en grafeno que, a su vez, puede usarse para fortalecer el hormigón.

Los beneficios ambientales de agregar grafeno al hormigón son claros, dijo el químico James Tour.

“El hormigón es el material más producido en el mundo, y simplemente hacerlo produce hasta el 9 por ciento de las emisiones de dióxido de carbono del mundo”, dijo Tour en un comunicado. “Si podemos utilizar menos hormigón en nuestras carreteras, edificios y puentes, podemos eliminar algunas de las emisiones desde el principio”.

Los residuos de neumáticos reciclados ya se utilizan como componente del cemento Portland, pero se ha demostrado que el grafeno fortalece los materiales cementosos, entre ellos el hormigón, a nivel molecular.

Si bien la mayoría de los 800 millones de neumáticos desechados anualmente se queman como combustible o se muelen para otras aplicaciones, el 16 por ciento de ellos terminan en vertederos.

“Recuperar incluso una fracción de esos como grafeno evitará que millones de neumáticos lleguen a los vertederos”, dijo Tour.

El proceso ‘flash’ introducido por Tour y sus colegas en 2020 se ha utilizado para convertir desechos de alimentos, plástico y otras fuentes de carbono al exponerlos a una descarga eléctrica que elimina todo menos átomos de carbono de la muestra.

Esos átomos se vuelven a ensamblar en un valioso grafeno turboestrático, que tiene capas desalineadas que son más solubles que el grafeno producido mediante la exfoliación del grafito. Eso hace que sea más fácil de usar en materiales compuestos.

El caucho resultó ser más desafiante que los alimentos o el plástico para convertirse en grafeno, pero el laboratorio optimizó el proceso utilizando caucho de desecho pirolizado comercial de neumáticos. Después de que se extraen los aceites útiles de las llantas de desecho, este residuo de carbono ha tenido hasta ahora un valor cercano a cero, dijo Tour.

El negro de carbón derivado de llantas o una mezcla de llantas de caucho trituradas y negro de carbón comercial se puede convertir en grafeno. Debido a que el grafeno turboestrático es soluble, se puede agregar fácilmente al cemento para hacer un concreto más ecológico.

La investigación dirigida por Tour y Rouzbeh Shahsavari de C-Crete Technologies se detalla en la revista Carbon.

El laboratorio de Rice mostró negro de carbón derivado de neumáticos y encontró que aproximadamente el 70 por ciento del material se convirtió en grafeno. Al ‘flashear’ neumáticos de caucho triturado mezclados con negro de humo simple para agregar conductividad, aproximadamente el 47 por ciento se convirtió en grafeno. Los elementos además del carbono se ventilaron para otros usos.

Los pulsos eléctricos duraron entre 300 milisegundos y 1 segundo. El laboratorio calculó que la electricidad utilizada en el proceso de conversión costaría alrededor de US$100 por tonelada de carbono inicial.

Los investigadores mezclaron cantidades minúsculas de grafeno derivado de llantas –0.1 por ciento en peso (% en peso) para el negro de carbón de llantas y 0.05 por ciento en peso para el negro de carbón y llantas trituradas– con cemento Portland y lo usaron para producir cilindros de concreto. Probados después de curar durante siete días, los cilindros mostraron ganancias de 30 por ciento o más en resistencia a la compresión. Después de 28 días, el 0,1 por ciento en peso de grafeno fue suficiente para dar a ambos productos una ganancia de resistencia de al menos el 30 por ciento.

“Este aumento en la resistencia se debe en parte a un efecto de siembra del grafeno 2D para un mejor crecimiento de los productos de cemento hidratado, y en parte debido a un efecto de refuerzo en etapas posteriores”, dijo Shahsavari.