Le carbone est le 4e élément le plus abondant dans l'univers et le 15e élément le plus abondant sur Terre. Le nom "carbone" vient du mot latin carbo, signifiant charbon. Bien que le carbone ait été présent pendant des siècles sous forme de suie et de charbon, ce n'est qu'en 1772 que ses véritables utilisations ont été découvertes. Lorsque les atomes de carbone sont liés ensemble de diverses manières, ils sont appelés allotropes de carbone, comme le graphite, le carbone amorphe et le diamant.

Il se lie avec d'autres petits atomes, y compris d'autres atomes de carbone, et peut développer de nombreuses liaisons covalentes stables, formant une variété de composés utiles. Le biocarbone ou biochar se trouve sous forme de charbon de bois, qui sont des sources durables de carbone qui remplacent le charbon fossile. Des études ont montré que le charbon de bois peut être encore plus performant que le charbon fossile dans les réactions chimiques tout en réduisant notre empreinte carbone. Le biochar est produit à partir de la pyrolyse de différentes biomasses (combustion limitée d'oxygène et températures de 450 degrés centigrades à 1350 degrés centigrades).

La liste des utilisations du carbone est immense: base d'encre dans les imprimantes à jet d'encre; fabrication de boissons gazeuses; les extincteurs, tels que le dioxyde de carbone, déplaçant l'oxygène; glace carbonique en refroidissement; fréon, en réfrigération; décoratif en bijouterie; fabrication d'appareils et d'outils résistants à la chaleur et de coupe-métaux. Le monoxyde de carbone, extrait par un procédé métallurgique, est utilisé pour obtenir divers éléments et composés, en tant que réducteur dans la conversion des oxydes métalliques naturels en métal pur, utilisé dans la fabrication de produits tels que les alcools, les acides, les esters, etc.

Le carbure de calcium est utilisé comme agent de brasage pour couper les métaux, préparer l'acétylène et d'autres composés organiques. Les fibres de carbone ont de multiples usages car elles ont les attributs d'un matériau léger, solide et durable. Ces fibres peuvent être utilisées dans la fabrication de cannes à pêche, de raquettes de tennis, de fusées et d'avions.

Le corps humain contient de grandes quantités de carbone, étant un macronutriment présent dans toutes les parties du corps. Le dioxyde de carbone joue un rôle important en aidant à maintenir le pH sanguin. Le dioxyde de carbone est un important gaz à effet de serre qui maintient la Terre au chaud en emprisonnant l'énergie thermique du soleil dans notre atmosphère. Cependant, l'humanité court un risque sérieux lorsqu'elle ne contrôle pas l'émission anthropique de dioxyde de carbone.

Diverses villes et pays disparaîtront sous les océans; le changement climatique conduira à l'extinction sélective de plusieurs espèces; les sécheresses sur de vastes zones; inondations; et la faim à travers la planète. Le Brésil sera l'un des pays qui souffrira le plus de ces effets d'excès de dioxyde de carbone dans l'atmosphère.

Les différentes utilisations du dioxyde de carbone incluent la respiration, son absorption par les plantes lors de la photosynthèse, le maintien du cycle dans l'écosystème. Et dans la fabrication de carburants, polymères, engrais, protéines, etc. Le noir de carbone est un pigment noir traditionnellement produit par carbonisation de matières organiques, utilisé comme renfort de caoutchouc dans les industries du pneumatique; Pigment stabilisant Ultra Violet; agent conducteur ou isolant dans une variété d'applications; fabrication de caoutchoucs non pneumatiques; procédés de construction et métallurgiques; et graphite.

Les nanotubes de carbone sont des molécules cylindriques de feuilles enroulées d'atomes de carbone monocouches (graphène), appelées nanotubes de carbone. Les utilisations sont: les balais pour moteurs électriques, composés de nanotubes de carbone; optique; émission électronique de nanotubes de carbone; stockage d'Energie; conductivité électrique dans les plastiques; et la nanotechnologie.

Nanotubes de Carbone

Les composés de carbone ou d'hydrates de carbone peuvent remplacer les combustibles fossiles tels que le charbon et le pétrole, utilisés dans les centrales électriques, les automobiles et d'autres industries (Figure 2). Environ 18% du corps humain est composé de carbone, car ils se comportent comme des éléments constitutifs de notre corps sous forme d'hydrocarbures. Peaux, cellules, cheveux, tout est fait de carbone. Les glucides, tels que le sucre, le glucose, le fructose, le maltose, etc., sont les composés carbonés qui nous fournissent de l'énergie. Le phénol est très important, utilisé dans les laboratoires et les industries. Les acides carboxyliques, les alcools et les composés esters sont utilisés pour fabriquer respectivement du vinaigre, des boissons alcoolisées et des parfums.

Une autre utilisation importante est le marché mondial du plastique renforcé de carbone, qui représente l'une des plus grandes plateformes économiques du secteur, étant dominé par le noir de carbone produit à partir de pétrole et, depuis peu, avec des charges de haute technologie telles que le carbone ou les fibres de carbone nanostructurées (nanotubes de carbone, graphène et oxyde de graphène). Selon les données obtenues, le graphène monocouche est vendu 200 euros le centimètre carré, tandis que l'oxyde de graphène coûte 100 000 euros le kilogramme. En revanche, le noir de carbone se vend environ 1 euro le kilogramme.

Le carbone végétal, ou biochar, est une forme amorphe de carbone, produit par pyrolyse, étant un matériau traité par décomposition thermochimique de matière organique à des températures élevées en l'absence d'oxygène, avec une surface élevée et des groupes fonctionnels abondants. Le composant carbone du biochar est relativement stable, proposé à l'origine comme correctif pour stocker le carbone dans le sol.

Le biochar a des valeurs multifonctionnelles, qui incluent la correction du sol; support nutritif et microbien; agent immobilisant pour l'assainissement des métaux toxiques et des contaminants organiques dans le sol et l'eau; catalyseur pour applications industrielles; matériau poreux pour atténuer les émissions de gaz à effet de serre et les composés odorants; complément alimentaire pour améliorer la santé animale et l'efficacité de l'apport en nutriments et utilisation dans des capteurs électrochimiques ou des biocapteurs remplaçant le graphène.

Le matériau qui a subi le processus de pyrolyse a montré une augmentation de la surface spécifique, ce qui favorise une meilleure compatibilité entre les composants du composite. A titre d'exemple, l'élimination du noir de carbone dans les pigments grâce à l'utilisation du biochar, à raison de 2 à 20%, et avec une amélioration des propriétés mécaniques.

Le biochar est un excellent additif pour les composites à base de fibres naturelles dans des matrices thermoplastiques, améliorant considérablement leurs propriétés, telles qu'une plus grande stabilité thermique, une résistance à la détérioration, etc. Sa légèreté le rend attractif par rapport aux charges minérales, compte tenu par exemple de l'allègement des automobiles. Il est produit à partir de n'importe quel lignocellulosique, ce qui rend l'ensemble du procédé plus économique.

Le carbone forme un grand nombre d'éléments avec lui-même (caténation) ainsi qu'avec d'autres éléments, montrant l'importance de cet élément. Cependant, le carbone anthropique, s'il n'est pas réduit ou utilisé dans des processus chimiques (carbochimie), conduira à la destruction totale de la planète.