塑料是报废车辆不可回收废料中占比最大的物质，“闪蒸石墨烯”技术提供了变废为宝的新思路。
5月26日，国际权威科学杂志《自然》旗下工程学科领域期刊《通讯-工程》（Communications Engineering）上发布了一项关于将报废车辆中废塑料通过新技术升级为石墨烯的最新研究测试。研究展示了回收再利用过程，其测试目标是重新利用石墨烯，制造可用于新型汽车的增强型聚氨酯泡沫（polyurethane foam）。
该研究由美国莱斯大学化学家James Tour及莱斯大学化学系研究生兼主要作者Kevin Wyss主导，并与福特汽车公司研究人员合作，通过莱斯大学James Tour实验室于2020年开发的新技术——“闪蒸石墨烯”（flash graphene）技术，实现了从报废车辆中变废塑料为宝。
Tour在一份莱斯大学发布的官方新闻稿中简述了测试的整个循环回收过程：福特从报废汽车粉碎设备中取出10磅混合塑料垃圾送至实验室，研究人员通过闪蒸石墨烯技术得到石墨烯并将其送回福特公司，其后福特汽车研究人员将石墨烯加入新型汽车使用的泡沫复合材料中，再将复合材料寄回实验室测试，并由研究人员再次通过闪蒸石墨烯技术“取回”石墨烯。
莱斯大学化学系研究生兼研究主要作者Kevin Wyss手执一小瓶石墨烯和福特汽车公司制造的加入石墨烯后的增强型聚氨酯泡沫样本
图片来源：Jeff Fitlow /莱斯大学
研究还发现，注入石墨烯后的新型车辆复合材料性能得到提升。经测试表明，仅注入浓度为0.1%或更少的石墨烯，可使得聚氨酯泡沫在抗拉强度（tensile strength）上增加了34%，且低频噪声吸收能力（low-frequency noise absorption）增强25%。
更值得关注的是，当使用注入了石墨烯的聚氨酯泡沫的新型汽车再次报废后，同样可以通过“闪蒸石墨烯”技术从复合材料中重新得到石墨烯，并可再次投入使用。莱斯大学化学家James Tour表示“这是（汽车行业）循环回收的一个很好的例子。”
当前，对报废车辆进行负责任的处理是汽车行业亟待解决的一个环境问题，特别是废旧塑料是轻型交通工具所产生的不可回收废料中占最大比例的物质。研究人员指出，平均每辆SUV包含多达350公斤（771磅）的塑料，而它们最后通常被送进垃圾填埋场。众所周知，塑料具有一定的不可降解性，它们可在垃圾填埋场“存活”几个世纪。
研究人员还引用了另一项关于轻型交通工具中聚合物材料使用情况的趋势研究结果，该研究估计，在过去六年中，汽车中使用的塑料量增加了75%，以此作为减轻重量和提高燃油经济性的一种手段。
Tour表示，将混合报废塑料按类型分类回收一直是汽车行业面临的一个长期问题，而且由于涉及到的潜在环境法规问题，汽车的报废塑料回收变得越来越重要。“在欧洲，当汽车回收至制造商，制造商只允许填埋其中的5%，”Tour提到，“这意味着他们必须对其他95%进行回收，这将为制造商带来一定压力。”
莱斯大学化学系研究生兼研究主要作者Kevin Wyss手捧部分从报废车辆取下的未经处理零件，将其磨成粉末并通过实验室的闪蒸石墨烯技术可转化为石墨烯
图片来源：Jeff Fitlow /莱斯大学
根据福特汽车可持续发展技术研究员、此次研究合著者之一Deborah Mielewski的说法，大部分混合塑料最终都被送去焚烧，这意味着大量温室气体的释放。Mielewski指出美国每年要销毁1,000万至1,500万辆汽车，全球范围内则超过2,700万辆。她还提到，福特汽车上“使用了数百种不同的塑料树脂、填料和增强材料，导致这些材料难以被分离”。
在此次研究中，为了测试混合塑料垃圾是否可被转化，所使用的混合塑料垃圾涵盖了报废的福特F-150皮卡上塑料保险杠、垫圈、地毯、垫子、座椅和门壳等多种来源，并在无需清洗或预先分类的情况下，将其研磨成细粉末用于转化测试。
“这些（汽车的混合报废塑料）不像塑料瓶那样的可回收品，所以它们不能（轻易）被熔融和重塑。”Tour对此补充道，并提到了福特汽车研究人员是在发现其实验室此前有关通过焦耳热闪蒸（Flash Joule Heating，FJH）过程可将塑料转变成石墨烯的研究论文后，主动联系了他们。
利用FJH过程转化成石墨烯是James Tour主导的实验室于2020年研发的新技术，简称为闪蒸石墨烯技术，可以将几乎任何碳源物质转化为有价值的石墨烯，包括煤碳、食物垃圾、塑料垃圾、木屑和生物碳等物质，而且转化过程快速且经济，其成本仅为其他批量生产石墨烯方法的一小部分。
闪蒸石墨烯的转化原理是，将磨碎成粉末的塑料与用于导电的焦炭添加剂（coke additive）混合置于反应管的电极之间，然后利用高电压使其发生爆炸，产生高达近5,000华氏度（约合457摄氏度）的高温，这一过程将蒸发掉其他元素，留下易于分离的乱层石墨烯（turbostratic graphene）。
左：化学家James Tour（左二）在实验室带领团队研发了闪蒸石墨烯技术
右：几乎任何碳源物质可在电光与热的爆炸蒸发作用下瞬间变成石墨烯
图片来源：Jeff Fitlow /莱斯大学
在此次研究中，研究人员也对通过FJH过程制成的石墨烯进行了前瞻性生命周期评估（LCA）。结果表明，相较于目前通过物理剥离和化学剥离过程得到石墨烯的主要方式，FJH过程下可显著减少能源消耗、温室气体排放和用水量，因为该过程不需要溶剂并且使用了最少的能量生产石墨烯，提供符合可持续发展理念的显著环境效益。但研究人员亦指出，鉴于当前整个石墨烯行业缺乏标准化，因此闪蒸石墨烯的LCA需要后续进一步研究而作出相应改进。
本次研究合著者之一、福特汽车公司专注于可持续性和新兴材料的技术专家Alper Kiziltas表示，自2018年以来，福特公司在其汽车中使用了高达60磅的聚氨酯泡沫复合材料，其中约有2磅加入了石墨烯作增强效果。
“当我们从莱斯大学实验室拿到石墨烯后，我们把它以很小的份量加入到泡沫中，并得到了显著的效果，”Kiziltas表示，“它在我们的实际应用中提供了卓越的机械和物理性能，这超出了我们的预期。”
根据Kiziltas的说法，福特汽车公司显然是看好石墨烯的应用，且是最早将石墨烯应用于引擎盖下一系列组件的公司，并于2020年在引擎盖中添加石墨烯用以强化性能，而未来，公司希望用它加固硬塑料。
“能够减轻噪音更为关键”，Mielewski指出，当内燃机产生的噪音被消除后，驾驶者可以更清楚地分辨车外内的一切声音。因此，“我们迫切地需要能更好吸收噪音和振动的泡沫材料，而石墨烯在极低使用水平下就可以提供惊人的降噪效果”。
