在 2026 年 3 月 25 日，來自洛基山國家實驗室（NLR）和北卡羅來納州立大學（NCSU）的研究人員宣佈在石墨生產方面取得突破。他們發現了一種將生物質（如林業和農業廢物）轉化為高品質石墨的方法，這種材料目前主要從中國進口，用於電池、鋼鐵和先進製造。這一發現可能有助於美國減少對外國石墨的依賴，並提高國內生產能力。傳統上，石墨是通過開採或從石油中生產的，並需要極高的溫度。新的方法使用常規的煉油設備將生物質處理成生物石墨，生產的產品與進口石墨幾乎相同。這一過程同時仍然能產生燃料，形成一個雙重用途的系統。
NLR 的生物經濟化學工程師 Carrie Farberow 表示：「我們展示了兩種可行的途徑，可以在同一過程中生產國產石墨和燃料。」其中一種方法使我們能夠將廢物材料轉化為電池級石墨，另一種方法則在生物石墨生產過程中實現了顯著的能源和成本節省。
第一條途徑依賴於石油煉油廠已經使用的相同設備。通常，煉油廠會將剩餘的焦油加熱至 932 °F（500 °C），然後在延遲焦化器中對副產品進行煆燒，最終在 5,432 °F（3,000 °C）下生產石墨。NLR 團隊對這一過程進行了調整，首先使用快速熱解將有機材料在無氧反應器中加熱，生產生物油。該油可以轉化為燃料或使用現有的煉油設備轉化為生物石墨。
前 NLR 研究員 Steven Rowland 解釋說：「在我們的研究中，我們對來自生物質的熱解油的延遲焦化過程進行了建模。我們看到現有的石油煉油廠有潛力處理我們已經收集的豐富國內生物質，並將其升級為高價值的碳材料，如石墨。」這種方法使製造商能夠在不大幅改變當前運營的情況下生產美國製造的石墨。
生物石墨可以直接用於電池，或與石油流混合，幫助滿足不斷增長的國內需求。第二條途徑則是 NLR 和 NCSU 發現的，它降低了生產該礦物所需的溫度。研究人員使用鐵作為催化劑，將富含碳的生物焦炭在 1,832 °F 至 2,732 °F（1,000 °C 至 1,500 °C）下轉化為石墨。降低的溫度大幅減少了能源使用和生產成本，並允許用較便宜的材料建造爐子。
根據發表在《Bioresource Technology》期刊的技術經濟分析，雖然在加工後必須去除鐵催化劑，但這一方法的石墨產量更高，且具有經濟可行性。NLR 的高級電池化學研究員 Bertrand Tremolet de Villers 表示：「我們開發的兩條石墨化途徑使我們能夠從頭到尾展示如何將生物質轉化為可充電鋰離子電池。」然後，我們可以在實驗室中對這些電池進行特徵化和驗證，以確保它們的安全性和高性能。
美國擁有大量的生物質供應，可以轉化為石墨。來自防火的廢木料、工業副產品，甚至污水都可以轉化為電池和鋼鐵生產的高價值材料。能源部報告指出，美國每年可以生產超過十億噸的生物質，這還不包括目前的出口量。Rowland 補充說，其中大部分適合進行熱解和隨後的石墨化，保守估計每年可產生 1,000 萬噸的電池級石墨。
為了擴大規模，NLR 正在建設一個小型延遲焦化器，以將大量的熱解油轉化為石墨和噴氣燃料。所產生的石墨將在大型鋰離子電池中進行測試，以用於電網規模的能源儲存。Farberow 指出：「這些過程確實具備擴大規模的能力，以滿足我們未來的石墨需求。」隨著對工業能力的投資，美國製造業可能會獲得所需的推動。這項新研究已發表在《ChemSusChem》期刊上。
