Theo ước tính, ngành sản xuất lạc toàn cầu tạo ra hơn 10 triệu tấn vỏ thải mỗi năm. Phần lớn lượng chất thải này chỉ được tái chế vào các mục đích giá trị thấp hoặc bị loại bỏ, gây lãng phí tài nguyên. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu từ University of New South Wales (UNSW) đã tìm ra cách tận dụng nguồn nguyên liệu này để tạo ra vật liệu carbon chất lượng cao.

Graphene thường được xem là một vật liệu “kỳ diệu” nhờ độ bền vượt trội, trọng lượng siêu nhẹ cùng khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt xuất sắc. Từ lâu, vật liệu này đã được kỳ vọng sẽ tạo ra bước đột phá trong các thiết bị điện tử, lưu trữ năng lượng và công nghệ dữ liệu. Tuy vậy, việc sản xuất graphene quy mô lớn vẫn gặp nhiều trở ngại do chi phí cao và quy trình phức tạp.

Được công bố trên tạp chí Chemical Engineering Journal Advance, nghiên cứu mới cho thấy vỏ lạc có thể trở thành giải pháp thay thế thân thiện môi trường và tiết kiệm chi phí.

Theo kỹ sư cơ khí Guan Yeoh, phần lớn vỏ lạc hiện nay chưa được khai thác hết tiềm năng. Trong khi đó, phương pháp mà nhóm phát triển cho phép chuyển đổi trực tiếp sinh khối này thành graphene chất lượng cao với mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn đáng kể, đồng thời không cần sử dụng hóa chất độc hại.

Trọng tâm của quy trình là lignin, một polymer tự nhiên giàu carbon có trong thực vật. Sau khi tách và xử lý lignin từ vỏ lạc, nhóm nghiên cứu áp dụng kỹ thuật gia nhiệt Joule tức thời (flash Joule heating – FJH), sử dụng xung điện cực mạnh để nung vật liệu lên hơn 3.000°C chỉ trong thời gian cực ngắn. Quá trình này giúp tái sắp xếp các nguyên tử carbon, tạo thành cấu trúc giống than chì, trong đó có graphene dạng turbostratic ít lớp.

Khâu tiền xử lý vỏ cho quá trình FJH đóng vai trò then chốt. Các nhà khoa học đã phát triển quy trình xử lý nhiều bước, bao gồm gia nhiệt gián tiếp ở khoảng 500°C trong vòng 5 phút trước khi đưa vào FJH. Nhờ đó, tạp chất được loại bỏ, vỏ lạc chuyển thành dạng than giàu carbon, giúp cải thiện đáng kể độ tinh khiết và tính chất của graphene thu được.

Kết quả cho thấy vật liệu tạo ra có chất lượng cao, dù vẫn tồn tại ở dạng nhiều lớp xếp chồng. Theo nhóm nghiên cứu, cần thêm khoảng 3–4 năm để hoàn thiện công nghệ và mở rộng quy mô sản xuất thương mại.

Graphene là một loại vật liệu nhẹ, mỏng và dẻo, rất phù hợp cho các mạch điện và quang tử.

Trong thời gian tới, các nhà khoa học dự kiến thử nghiệm phương pháp này với nhiều loại sinh khối khác như bã cà phê hay vỏ chuối, nhằm đánh giá tính linh hoạt và khả năng ứng dụng rộng rãi.

Công trình được kỳ vọng sẽ góp phần thúc đẩy các giải pháp tái chế bền vững, đồng thời giảm chi phí sản xuất vật liệu graphene then chốt của nhiều công nghệ tương lai.