Investigadores coreanos obtienen de los filtros de los pitillos carbono altamente poroso con mejores propiedades de almacenamiento de energía eléctrica que los nanotubos de carbono o grafeno

Ampliar Compuestas por acetato de celulosa, se generan entre 4,5 y 6 billones de colillas cada año / RWMG.gov.au

Ni las bolsas de plástico ni los botes de refrescos, lo que más tiran los humanos son colillas de los cigarrillos. Entre 4,5 y 6 billones de colillas usadas acaban ensuciando el medio ambiente cada año. Salvo los restos de tabaco y el papel que recubre el filtro, no son biodegradables y para ellas no hay sistemas de recogida. Sin embargo, podrían tener la oportunidad de ser útiles a la sociedad. Investigadores coreanos han demostrado que pueden servir para hacer supercondensadores, las posibles baterías del siglo XXI.

Los supercondensadores lo tienen casi todo para jubilar a las baterías. Almacenan varios órdenes de magnitud más de energía que éstas, la entregan muchísimo más velozmente y se recargan igual de rápido. Apenas pierden el 2% de la energía en el proceso y no tienen el efecto memoria que envejece prematuramente la vida útil de las baterías. Utilizados en grandes equipos industriales o barcos, su extensión a otros campos se ha visto limitada por su enorme tamaño. Sin embargo, los avances en la nanotecnología han ido extendiendo su uso a aparatos cada vez más pequeños, hasta llegar a los coches eléctricos y los ordenadores. El avance de éstas superpilas depende, sin embargo, de los avances en el desarrollo de nanotubos de carbono o de grafeno, materiales aún muy caros.

¿Y qué hay más barato que unas colillas de cigarrillos? El filtro está hecho de acetato de celulosa y la celulosa es un polímero formado por oxígeno, hidrógeno y mucho carbono. Lo que han conseguido los científicos de la Universidad Nacional de Seúl (Corea del Sur) es descomponer las colillas hasta conseguir un material formado de carbono y con una estructura porosa que lo hace ideal para conformar los electrodos de los supercondensadores. Lo de los poros tiene su importancia.

“Un material de altas prestaciones para supercondensadores debe tener una gran superficie, lo que se se puede conseguir con un gran número de pequeños poros”, explica en un comunicado el profesor Jongheop Yi, principal autor de la investigación. Además, el material obtenido presenta poros pequeños y medianos. “Una combinación de diferentes poros asegura que el material tenga altas densidades de energía, lo que es una propiedad esencial para una rápida carga y descarga del supercondensador”, añadía.

Ampliar Visión nanométrica de las fibras de las colillas usadas en el experimento. / Nanotechnology/IOP

Para obtener capas de carbono poroso de las colillas, los investigadores recopilaron filtros usados de cigarrillos de varias marcas y les retiraron el carbón activado que suelen llevar, para que no alterara sus resultados. Tal y como explican en la revista especializada Nanotechnology, sometieron las colillas a un conocido proceso químico denominado pirólisis. En esencia, lo que hicieron fue quemar los filtros a una temperatura de 900 grados durante dos horas y en una atmósfera libre de oxígeno compuesta por argón y amoniaco.

Así obtuvieron un material híbrido de carbono con una estructura rica en microporos y mesoporos. La alta porosidad es clave. Los mesoporos, de entre 2 y 50 nanómetros de diámetro, ofrecen las rutas adecuadas para el movimiento de los iones de los electrolitos. Por su parte, los microporos, de menos de 2 nanómetros, aumentan aún más el área del material disponible para elevar su capacidad para mantener su carga eléctrica.

Para probar su eficacia, los investigadores coreanos emplearon el material en un sistema de tres electrodos. Comprobaron que lo que fueran unas colillas usadas podían absorber los iones (carga) y volver a liberarlos (descarga) con una capacidad de almacenamiento y rendimiento superior a los materiales comerciales e incluso superando a los nanotubos de carbono o grafeno que se están ensayando en los laboratorios.

“Nuestro estudio ha demostrado que las colillas usadas pueden ser convertidas en un material de alto rendimiento basado en el carbono usando un simple proceso de un solo paso que, simultáneamente, ofrece una solución ecológica para lograr cumplir las necesidades de energía de la sociedad”, comenta Yi.

Cigarrillos sin filtro

Aún queda por ver si su sistema puede ser escalado hasta niveles industriales y son varias las incógnitas por resolver. Una de ellas es la de cómo recoger todas las colillas sin que su recogida suponga un coste muy excesivo. Según Cigarette Butt Pollution Project, una organización que se dedica a estudiar el impacto ambiental de las colillas de cigarrillos, cada año se generan unos seis billones de ellas y la mayor parte no acaba en los ceniceros.

En un reciente estudio, uno de sus impulsores, el profesor de la Universidad Estatal de San Diego (Estados Unidos) Thomas Novotny proponía dos grandes alternativas para acabar con el problema de las colillas. Una es implantar un sistema de recogida donde los propios fabricantes tendrían que hacerse cargo de ellas, como ya se hace con algunos aparatos electrónicos. Para eso, se podría usar la propia red de distribución del tabaco. Algo así como retornar los envases cada vez que se va al estanco. Dentro de esta opción, podría encajar perfectamente el proceso de convertirlas en material para los supercondesadores.

Pero la otra opción, la más radical, propone volver a mediados del siglo pasado y prohibir el uso de filtros en los cigarrillos. Además de una vuelta al pasado, esto dejaría al equipo del profesor Yi sin poder demostrar la viabilidad de su ingeniosa solución para las colillas usadas.

'Preparation of energy storage material derived from a used cigarette filter for a supercapacitor electrode' DOI:10.1088/0957-4484/25/34/345601