科学家和创新者渴望开发新材料和新产品，例如石墨烯，让消费者能够从技术改进和进步中获益。然而，鉴于全球气候变化及其对人类影响的风险迅速增加，制造商有责任了解其工艺和产品对环境的影响。
 
制造商评估产品或服务的潜在环境影响的一种方法是生命周期分析 (LCA)。然而，对于石墨烯相关材料等许多产品而言，这可能是一个复杂而微妙的过程。虽然国际标准化组织根据 ISO 14040 和 14044 提供了进行生命周期评估的指南和要求，但仍然需要使该过程更易于访问。
 
在 HydroGraph，我们致力于承担环境责任，并在石墨烯生产中使用环保和绿色工艺。
 

石墨烯：一种潜力无限的纳米材料
由于石墨烯的市场和应用几乎是无限的，它似乎在快速发展，但必须克服一些困难，包括价格、纯度、一致性、能源需求和生态不友好的过程。石墨烯是一种即将在商业市场上爆发的“超级材料”，它比钢更坚固，比金刚石更硬，比铜更导电，比硅的电子迁移率更好。该产品添加到其他材料中以增强强度、耐水性、柔韧性、导电性；它还通过改进电池、太阳能电池板和超级电容器技术来支持清洁能源。
 
石墨烯有多种形式，生产石墨烯有两种主要途径：一种称为自下而上，另一种称为自上而下。例如，化学气相沉积或 CVD 可生产薄膜、单层石墨烯。这是一种自下而上的方法，因为它从分子碳源开始，并在原子水平上构建石墨烯结构。另一种方法是以良好成型的石墨为起点，通过剥离母体石墨颗粒获得单层石墨烯。这种方法称为自上而下。石墨烯也有多种形式，如双层、少层和多层石墨烯。更复杂的是，还有不同的几何形状，纳米片、纳米带、纳米球体、纳米多面体和分形石墨烯等。
 
测量环境影响
无论来源或生产路线如何，这些过程及其对环境的影响都有一些明显和不明显的问题。
 
一种方法是标准生命周期评估或 LCA 方法，采用多种措施或参数来量化过程对环境的影响，包括累积能源需求 CED、全球变暖潜能 GWG、累积用水 CWU、臭氧消耗潜能 ODP 等。
 
首先必须定义分析发生的边界，无论是从摇篮到大门还是从摇篮到坟墓等。
 
然后，选择产品的功能单元，即 1 千克石墨烯粉末，是然后估计每个功能单元的关键影响参数。
 
一个常见参数是过程中的能源使用，它与环境影响直接相关。生产一种物质的累计能量需求有两部分：一是原材料消耗的能量，二是实际生产过程中消耗的能量。
 
例如，乙炔和氧气可用作分形石墨烯生产的原料。这两种元素被放入一个密闭容器中，混合物被微小的电火花点燃，立即产生大块石墨烯粉末。由于该过程是没有任何催化剂的气相反应，因此生成的石墨烯是元素纯的；碳含量为 99.8%，批次之间非常一致。
 
与能源需求量大的工业石墨烯生产方法相比，这种工艺在能源需求方面具有环境优势。事实上，乙炔和氧气的爆炸反应是一种放热反应，对于生产 2.7 MJ/kg 石墨烯的 LCA 工艺，每 kg 石墨烯产生极小的 CED。为了正确看待这个数字并理解能量的大小，如果你看一种非常常见的材料，如铝，而不是纳米材料，只是一种传统材料，使用非常成熟的生产工艺，每公斤铝需要 200 MJ经过一个多世纪的改进。
 
要获得总 CED，必须添加乙炔和氧气的贡献值，这取决于原材料的来源。如果不使用水，CWU 为零，副产品商品气体可以被捕获并用于其他应用。
 
但是，描述产品或过程的影响需要更多。在石墨烯的情况下，必须测量对人类、动物等的毒性。在学术出版物中越来越流行的一种方法是研究从摇篮到大门的影响，而不是从摇篮到坟墓的旅程。
 
还应考虑石墨烯应用对环境的影响，这种影响可能很多。由于这些应用途径发生在石墨烯从生产现场或大门运出之后，因此称为从大门到坟墓的评估。因此，在比较不同的石墨烯生产方法时，应该优先考虑从摇篮到大门的分析。然后，一旦定义了应用程序，就要考虑生命周期的所有方面，例如运输、应用程序流程、报废以及最后的处置。
 
这是一个长期涉及的过程，但石墨烯生产商对开发最稳定和对环境有利的方法有共同的兴趣。世界取决于它。
 
摘自《The Graphene Council》网站