成果简介
虽然石墨烯在各个领域都显示出了巨大的应用前景和性能，但随之而来的大规模生产和应用对环境的潜在影响也日益受到关注。然而，大多数研究都集中在实验室规模或假设的石墨烯大规模生产上。本文，复旦大学郭浩 教授、马蔚纯 教授等在《RESOUR CONSERV RECY》期刊发表名为“Environmental impacts of graphene at industrial production scale and its application in electric heating technology”的论文，研究根据实际工厂及其在电加热技术中的应用，采用生命周期评估方法评估了石墨烯在工业生产规模下对环境的影响。结果表明，电是石墨烯和新型石墨烯电热元件对环境影响的热点，其影响类别主要集中在全球变暖潜势、细颗粒物形成潜势、人类致癌毒性潜势和人类非致癌毒性潜势。在石墨烯的工业生产中，热剥离路线的潜在环境性能明显优于氧化还原路线。未来，石墨烯及其电加热应用者的环境负担将进一步减轻。
图文导读
图1。描述石墨烯和GEHEs的生命周期的流程图。
图2。在工业制造规模上，以O-R和TE路线生产1公斤石墨烯对环境的影响比较
图3。在工业生产规模上，通过O-R和TE路线生产1公斤石墨烯的四个主要影响指标（GWP、PMFP、HTPc和HTPnc）。对于明显存在的，贡献小于1%的O-R的输入被切断
图4.电力结构敏感性分析
小结
虽然石墨烯在提高各种应用的技术性能方面大有可为，但石墨烯及其相关产品的大规模生产对环境造成的影响也引起了人们的关注。本文比较了石墨烯在 O-R 和TE路线工业化生产规模下对环境的潜在影响。GWP、PMFP、HTPnc 和 HTPc 是石墨烯生产的主要影响类别。从生命周期的角度来看，通过 TE 路线大规模生产石墨烯比 O-R 路线更环保、更可持续。与以前的出版物相比，本研究还证实了扩大生产规模和改进生产技术可以减少石墨烯生产对环境的潜在影响。根据我们的研究结果，可以推测在应用层面上，石墨烯等纳米材料从摇篮到坟墓的环境影响可能低于传统材料，这是因为它们通常被少量使用以满足特定要求或改善功能。
在石墨烯生产过程中，必须减少电力和化学品的使用，以提高大规模生产和应用的环境可持续性。情景分析结果表明，在保证电力供需平衡的前提下，提高可再生能源的比例和发电总量，减少煤炭消耗，是未来大幅降低两条石墨烯生产路线对环境影响的可行选择。此外，在碳中和目标的推动下，TE 法相对于 O-R 法的环境优势将进一步增强。另一方面，改进工艺以减少硫酸和高锰酸钾等强氧化剂的消耗，并寻找替代氧化剂，也是减少 O-R 法对环境影响的有效途径。
石墨烯技术的发展为减少或避免电加热器制造过程中的金属资源消耗提供了新的机遇。在电加热技术中应用石墨烯对环境的潜在影响也通过生命周期分析进行了评估，主要归因于 2.09 × 10-3 kg PM2.5 eq PMFP、1.31 kg CO2 eq GWP、8.46 × 10-1 kg 1,4-DCB HTPnc 和 5.27 × 10-2 kg 1,4-DCB HTPc，并有可能在 2030 年和 2050 年大幅减少。丝网印刷和干燥过程以煤电为主，煤电是 GEHE 生产的热点，对上述影响类别贡献巨大。实验室规模生产分析的生命周期评估结果可被视为向工业规模扩展过程的影响上限，并在考虑未来可再生能源上升和电力去碳化的影响的情况下，为技术开发早期阶段的石墨烯产品提供前瞻性环境影响评估。
文献：https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2023.107250
本文来自材料分析与应用，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
