Электрическая шелуха
Химики из МГУ переработали рисовую шелуху в электрод для суперконденсаторов.
Если вам когда-нибудь захочется заняться решением общемировых проблем человечества, то среди длинного-предлинного списка рекомендуем обратить внимание на вот эту: «Что делать с рисовой шелухой?» Ежегодно в мире выращивается около 700 миллионов тонн риса. Но это немного не тот красивый белый рис в красивых пакетиках, который мы привыкли видеть на магазинных полках. Изначально зёрна собранного риса находятся в оболочке, от которой рис нужно сначала очистить, а потом уже с очищенных зёрен удалить верхний желтоватый слой, чтобы рис стал белым и шлифованным. И вот на такие отходы рисового производства, как рисовая шелуха и отруби, приходится до трети от массы собранного сухого зерна (и это без учёта соломы, которая, как правило, остаётся в поле). В общем, отходов много и с ними нужно что-то делать.
Варианты сжечь или закопать не самые лучшие. В сравнении с другими злаковыми, в соломе и рисовой шелухе много аморфного диоксида кремния, так называемой «белой сажи». Из-за этого и гниёт и горит рисовая шелуха не очень хорошо, и даже полученная из неё зола из-за того самого аморфного диоксида, имеет довольно узкое применение. Нельзя сказать, что человечество никак не решило эту проблему — за последнюю сотню лет из рисовой шелухи чего только не научились делать. Но это совсем не значит, что на разработке новых направлений переработки рисовых отходов нужно поставить точку. Наоборот, специфический химический состав и строение делает рисовую шелуху привлекательным сырьём для некоторых устройств, предназначенных для накопления электроэнергии.
Например, для суперконденсаторов или, как их ещё называют, ионисторов. По своим характеристикам они занимают среднее положение между электрическими конденсаторами и аккумуляторными батареями. С одной стороны, по сравнению с обычными конденсаторами, суперконденсаторы способны запасать довольно много электроэнергии (не зря же они «супер»), но всё-таки меньше, чем аккумуляторная батарея сравнимой массы. С другой — они намного долговечнее аккумуляторов, способны отдавать большие токи и имеют ещё ряд отличительных особенностей.
Суперконденсатор состоит из двух электродов, пространство между которыми заполнено электролитом. Чтобы электроды друг с другом не соприкасались, между ними расположена тонкая проницаемая для электролита мембрана. Свойства суперконденсатора, как и его стоимость, во многом определяются материалом и структурой электродов. Поэтому химики стремятся найти такие материалы, которые были бы одновременно и простыми в получении и хорошо работали в качестве электродов. Как нетрудно догадаться, рисовая шелуха оказалась как раз среди них. Об этом написали химики из МГУ имени М. В. Ломоносова в недавней статье в Journal of Energy Storage.
Чтобы шелуха превратилась в электрод, её нужно специальным образом обработать. Как и любое другое вещество органического происхождения, рисовую шелуху можно карбонизировать — проще говоря, обуглить. Получившийся углеродный материал дополнительно обрабатывают концентрированной щёлочью, чтобы улучшить пористость материала — это позволит электроду лучше взаимодействовать с ионами их электролита.
Карбонизированная рисовая шелуха. Фото Юлии Черновой, пресс-служба МГУ им. М.В. Ломоносова.
Стоит отметить, что изготовить электрод из активированного угля можно практически из любого растительного материала. Обугливая любую биомассу, мы так или иначе получим углеродный материал с какими-то свойствами. Поэтому довольно часто можно встретить статьи, в которых исследователи описывают получение электродов из самых разнообразных материалов, порой весьма необычных. Например, другая группа химиков с химического факультета МГУ недавно описала способ переработки в углеродные электроды… борщевика. Поэтому помимо научного интереса тут встаёт вопрос об экономической и экологической полезности переработки того или иного растительного сырья. Так что тут хорошо бы «убить двух зайцев»: и получить полезный, качественный и нужный продукт, и проблему отходов заодно решить. У рисовой шелухи в этом плане есть неплохие шансы. В ближайшее время потребность в устройствах для хранения электроэнергии, скорее всего, будет только расти, да и риса на планете будет выращиваться не меньше, чем сейчас. А значит, и недостатка в рисовой шелухе точно не будет.
