Борщевик, разросшийся на огромных территориях России, может принести пользу в качестве материала для аккумуляторов. Отечественные ученые исследовали возможности волокнистых веществ стеблей растения. Из них изготовили электроды — элементы устройств, способных накапливать энергию. Опытным путем было доказано, что обработанный сорняк может успешно заменять традиционные источники ресурсов без снижения качества работы аккумуляторов.
Суперконденсирующий сорняк
Суперконденсаторы (СК) представляют собой устройства для накопления энергии из двух электродов с малым расстоянием между ними. От традиционных батарей они выгодно отличаются высокой мощностью, длительным сроком хранения и продолжительным сроком службы. Такие свойства отчасти объясняются тем, что в качестве материала электрода выступают активированные углероды с высокоразвитой поверхностью, на которой имеется большое количество пор разного размера. Эти поры обеспечивают рост площади электродов, от чего напрямую зависит и максимальный объем накопленного заряда. Сейчас ученые стараются получить углеродные материалы из разного растительного сырья, особенно из отходов сельскохозяйственного производства — из оболочек кокосовых, миндальных и грецких орехов, шелухи, остающейся после переработки зерновых культур и т.п.
Исследователи из НИТУ «МИСиС» предположили, что оптимальные электродные свойства можно найти в стеблях борщевика. Они состоят из твердой коры и мягкого внутреннего сердечника, похожего на губку, образующую разнообразную пористую структуру. Такая конструкция эффективна для использования углеродного материала в качестве основы электродов для СК.
Чтобы превратить стебли борщевика в подходящий для применения в качестве электродов материал, необходимо было найти оптимальную технологию их обработки.
Из сухих стеблей борщевика нарезали бруски длиной около сантиметра. Затем для удаления различных неорганических соединений, которые содержатся в стеблях, обработали их соляной кислотой, промыли и высушили. Для получения углеродного материала измельченные стебли борщевика насытили углекислым газом при температуре 400°С. На следующей стадии полученный материал смешали с гидроксидом калия и провели его активацию, то есть открыли образовавшиеся поры, в атмосфере аргона при различных температурах.
Обработка исходного углеродного материала при температуре 900°С привела к образованию поверхности с большим количеством пор размером 2–4 нм.
— Основной параметр работы суперконденсатора — емкость, то есть мера способности накапливать электрический заряд, — пояснил доцент кафедры электрохимии СПбГУ Олег Левин. — Полученная на стеблях борщевика емкость находится на таком же уровне, как и у других материалов. Разумеется, при использовании, например, графена, она будет выше. Однако само по себе использование отходов растительного сырья для производства активного углерода — безусловный мировой тренд. С этой стороны труд ученых перспективен и заслуживает интереса.
Однако руководитель работ, заведующий кафедрой Физической химии НИТУ «МИСиС» Михаил Астахов подчеркивает, что применение стеблей борщевика для производства электродов на постоянной основе может столкнуться с большими трудностями. Ведь для получения сырья придется ездить по всей стране, вырубая растение и отвозя его на предприятие, так как создавать посевные площади под сорняк неразумно. Рано или поздно запасы «дикого» борщевика могут иссякнуть. В этом случае созданная для его переработки технология станет просто не нужна.
С другой стороны, пока площади, покрытые мощным сорняком, который тормозит развитие других семян, попавших в почву, только увеличиваются.
Живуч и опасен
Борщевик известен тем, что при соприкосновении с его соком на коже образуются сильные ожоги. Впрочем, проявляется данный эффект только под воздействием ультрафиолета, так что ночью растение относительно безопасно для человека. Зато в качестве мощного сорняка угрожает растительной экосистеме России.
В Северной Америке растение использовалось как важная кормовая культура, и, обнаружив его на Кавказе, Сталин приказал разводить борщевик по всему СССР. Коровы ели растение довольно плохо, молоко становилось горьким до такой степени, что употреблять его было невозможно. Кроме того, борщевик повлиял на их репродуктивную систему: всё чаще рождались телята-уродцы, коровы часто становились бесплодными.
В итоге целенаправленно выращивать борщевик перестали, однако он оказался крайне живучим. В настоящее время растение распространилось почти по всей территории запада России. С каждым годом сорняк уходит всё дальше — на юг и восток. Семена чаще всего перемещаются на колесах автомобилей или с ветром. В результате скорость его распространения огромна. Например, в Ленинградской области осталось крайне мало пустырей, не занятых борщевиком.
— За период цветения и размножения одно растение производит в среднем 35 тыс. семян, — рассказал директор Всероссийского научно-исследовательского института фитопатологии профессор РАН Алексей Глинушкин. — Эти семена в огромном количестве разлетаются по округе и засеивают почву. Другим растениям просто негде прорастать, особенно если они более избирательны в плане природных условий. По этой причине ядовитое растение оккупирует большие территории, попросту не давая другим цветам и травам места для роста.
Поэтому ученые ищут различные методы избавления от борщевика, в число которых входит и его применение в промышленности.