了解环境影响对于开发新材料和产品至关重要

科学家和创新者渴望开发新的材料和产品，如石墨烯，使消费者能够从技术改进和进步中获益。然而，鉴于全球气候变化的风险及其对人类的影响迅速增加，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，对于许多产品（如石墨烯相关材料）来说，这可能是一个复杂而微妙的过程。虽然国际标准化组织提供了根据ISO 14040和14044进行生命周期评估的指南和要求，但仍然需要使这一过程更容易获得。

在HydroGraph，我们致力于环境责任，并在石墨烯生产中使用环保和绿色工艺。

石墨烯：具有无限潜力的纳米材料

由于石墨烯的市场和应用几乎是无限的，它似乎处于快速通道上，但必须克服一些涉及价格、纯度、一致性、能源需求和不环保工艺的困难。石墨烯是一种准备在商业市场上爆炸的“超级材料”，它比钢更强，比金刚石更硬，比铜导电性更强，电子迁移率比硅更好。将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，产生薄膜，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。另一种方法是使用形状良好的石墨作为起点，通过剥离母体石墨颗粒来获得单层石墨烯。此方法称为自上而下。石墨烯还有多种形式，如双层、少层和多层石墨烯。而且，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

无论产地或生产路线是什么，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。

一种方法是标准的生命周期评估或LCA方法，具有多种措施或参数来量化该过程对环境的影响，包括累积能源需求CED、全球变暖潜能值GWG、累积用水CWU、臭氧消耗潜能值ODP等。

首先，必须定义一个进行分析的边界，无论是摇篮到大门还是摇篮到坟墓等。

然后，选择产品的功能单元，即1公斤石墨烯粉末，然后估计每个功能单元的关键影响参数。

一个常见的参数是过程中的能源使用，这与环境影响直接相关。生产一种材料的累积能源需求有两部分：一部分是原材料中使用的能量，另一部分是实际生产过程中使用的能量。

例如，乙炔和氧气可用作分形石墨烯生产的原料。将两种元素放入密闭容器中，并用微小的电火花点燃混合物，立即产生散装石墨烯粉末。由于该过程是没有任何催化剂的气相反应，因此所得石墨烯是单纯的；碳含量为99.8%，并且批次之间非常一致。

与具有大量能源需求的工业石墨烯生产方法相比，这种类型的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放热反应，这导致LCA工艺中每公斤石墨烯产生的CED极小，产生2.7 MJ / kg石墨烯。为了正确看待这个数字并欣赏能量的大小，如果你看看像铝这样非常常见的材料，而不是纳米材料，只是一种传统材料，它使用非常成熟的生产工艺每公斤铝需要200兆焦耳，这种工艺已经改进了一个多世纪了。

为了获得总的CED，必须添加乙炔和氧气的贡献值，这将取决于原材料的来源。如果不使用水，则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受欢迎的一种方法是关注从摇篮到大门的影响，而不是从摇篮到坟墓的旅程。

石墨烯的应用对环境的影响可能很多，也应考虑这一点。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，这被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，应该首选从摇篮到栅极的分析。然后，在定义了应用程序后，请考虑生命周期的所有方面，例如运输、应用程序过程、寿命终止以及最终的处置。

这是一个长期参与的过程，但石墨烯生产商在开发最稳定和对环境最有利的方法方面有着共同的利益。世界依赖于它。