Environmental impact of the production of graphene oxide and reduced graphene oxide
Abstract
Reduced graphene oxide (rGO) is widely seen as the most promising route for the low-cost mass production of graphene for many applications ranging from ultrathin electrodes to structural nanocomposites. The Hummers and Marcano methods are the two most successful approaches for producing high-performance rGO, but have been criticized for producing toxic emissions. We have applied life cycle assessment methodology to evaluate the environmental impacts of both production routes for GO and rGO in the context of applications requiring bulk materials or thin coatings. We find no current obstacle to the industrial scale production of graphene arising from its environmental impact. The cumulative energy demand is found to have a cap value between 20.7 and 68.5 GJ/Kg, a relatively high value; impact in other cat- egories (such as human toxicity or resource depletion) is lower, and materials inventory does not include critical/strategic materials other than graphite itself. Our study proposes 1 kg of graphene as functional unit, and an application-specific functional unit normalized by conductivity which show that Hummers production method is far more suitable for bulk applications of graphene, with lower embedded energy per kg of graphene production, while Marcano’s production method is better suited for thin film electronic applications.
Description
El óxido de grafeno reducido (rGO) se considera la vía más prometedora para la producción masiva y barata de grafeno destinado a numerosas aplicaciones, desde electrodos ultrafinos hasta nanocompuestos estructurales. Los métodos Hummers y Marcano son los dos más eficaces para producir rGO de alto rendimiento, pero han sido criticados por producir emisiones tóxicas. Hemos aplicado la metodología de evaluación del ciclo de vida para valorar el impacto ambiental de ambas rutas de producción de GO y rGO en el contexto de aplicaciones que requieren materiales a granel o recubrimientos finos. No encontramos ningún obstáculo actual a la producción a escala industrial de grafeno derivado de su impacto ambiental. La demanda acumulada de energía tiene un valor límite de entre 20,7 y 68,5 GJ/Kg, un valor relativamente alto; el impacto en otras categorías (como la toxicidad humana o el agotamiento de recursos) es menor, y el inventario de materiales no incluye materiales críticos/estratégicos aparte del propio grafeno. Nuestro estudio propone 1 kg de grafeno como unidad funcional, y una unidad funcional específica para cada aplicación normalizada por la conductividad, lo que demuestra que el método de producción de Hummers es mucho más adecuado para las aplicaciones a granel del grafeno, con una menor energía incorporada por kg de producción de grafeno, mientras que el método de producción de Marcano es más adecuado para las aplicaciones electrónicas de película fina.
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- Artículos de Revista [4334]
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