Исследователи из Сиднейского университета разработали новые методы для устранения основного источника будущих отходов в автомобильной, аэрокосмической и возобновляемой отраслях.

По оценкам, к 2030 году композиты из углеродного и стекловолокна (CFRP), материалы, обычно используемые в лопастях ветряных турбин, водородных баках, самолетах, яхтах, строительстве и автомобилестроении, станут ключевым потоком отходов во всем мире.

Прогнозируется, что к 2050 году ежегодное накопление отходов углепластика только от авиационной промышленности и производства ветряных турбин достигнет 840 300 метрических тонн, что эквивалентно 34 полным стадионам, если не будут приняты подходящие методы переработки.

Хотя методы переработки существуют, большая часть этих отходов в настоящее время отправляется на свалку или сжигается. Производство «первичных» композитов также имеет дополнительные последствия для окружающей среды, включая истощение ресурсов и высокие затраты энергии во время производства.

И это несмотря на существование многочисленных методов переработки композитов из углеродного волокна, которые, по словам исследовательской группы из Сиднейского университета, в случае их полного внедрения могут значительно сократить потребление энергии на 70 процентов и предотвратить потерю основных потоков материалов.

«Композиты из углеродного волокна считаются «чудесным» материалом — они долговечны, устойчивы к атмосферным воздействиям и очень универсальны — настолько, что их использование, по прогнозам, увеличится как минимум на 60% только в следующем десятилетии», — сказал доктор Хадиге из Школа гражданского строительства. «Но этот огромный рост также приводит к огромному увеличению отходов. Например, по оценкам, к 2030 году будет существовать около 500 000 тонн композитных отходов из углеродного и стекловолокна из сектора возобновляемых источников энергии».

Новый метод переработки

Чтобы решить эту проблему, доктор Хадиге и его недавняя докторская степень. Выпускник доктор Янин Вей разработал новый метод переработки композитов из углеродного и стекловолокна, чтобы предотвратить попадание материалов последнего поколения на свалку. Опубликовано в Composites Part B: Engineering Их подход обеспечивает повышенную рекуперацию материала и повышенную энергоэффективность по сравнению с предыдущими методами.

«Наш кинетический анализ показал, что предварительно обработанный углепластик проходит дополнительную стадию реакции, что обеспечивает усиленное разрушение при более низких температурах по сравнению с необработанным углепластиком», — сказал д-р Хадигех. «Предварительная обработка сольволизом не только способствует большему разрушению, но и сохраняет механические свойства волокон за счет снижения потребления тепла во время переработки».

Вторичное волокно, полученное из предварительно обработанного углепластика, сохранило до 90 процентов своей первоначальной прочности, что на 10 процентов превышает прочность волокна, полученного путем термической деструкции.

«Чтобы продемонстрировать применимость нашего метода в реальных условиях, мы успешно переработали часть велосипедной рамы и обрезки самолетов, изготовленные из композитов углепластика, используя наш гибридный подход. Эти результаты не только подтверждают эффективность предварительной химической обработки, но также демонстрируют улучшенные механические свойства. характеристики переработанного углеродного волокна», — сказал доктор Хадигех.

Восстановление углеродного волокна

В предыдущем документе команда также представила подробную оценку 10 различных систем обработки отходов из углеродного и стекловолоконного композита на основе экономической эффективности и воздействия на окружающую среду с учетом типа отходов и их географического положения.

Группа доктора Хадиге обнаружила, что сольволиз — метод, при котором материалы могут быть разрушены с применением растворителя при определенном давлении и температуре — может восстановить углеродное волокно, обеспечивая при этом высокую чистую прибыль. Методы термической переработки, такие как каталитический пиролиз и пиролиз в сочетании с окислением, также обеспечивают высокую экономическую отдачу.

Также было показано, что сольволиз и электрохимические методы приводят к значительно более низким выбросам CO ₂ в атмосферу, чем захоронение и сжигание.

Огромная возможность

Исследователи заявили, что производителям следует не ограничиваться постоянным созданием первичных материалов и параллельно разрабатывать переработанные продукты из потоков с истекшим сроком эксплуатации.

«Это огромная возможность», — сказал доктор Вей. «И не только потому, что различные способы переработки экономически выгодны и минимально воздействуют на окружающую среду».

«В эпоху растущих сбоев в цепочке поставок местные переработанные продукты могут обеспечить более быстрый продукт по сравнению с импортом и создать растущую передовую обрабатывающую промышленность.

«В то время как осведомленность о повседневной переработке потребительских отходов растет, а пластиковые отходы находятся в центре внимания, Австралия должна срочно рассмотреть вопрос о широкомасштабной переработке строительных материалов нового поколения, прежде чем они превратятся в еще одну проблему отходов и будут помещены в «слишком жесткую корзину».

Команда доктора Хадиге также разрабатывает методы переработки композитных материалов и недавно запатентовала машину для точного выравнивания переработанных углеродных волокон, чтобы их можно было использовать повторно.

Исследователи провели анализ жизненного цикла (LCA), анализ затрат и выгод (CBA) и оценку уровня технологической готовности (TRL) различных методов обработки отходов : захоронение, сжигание, механическая переработка , каталитический пиролиз, окисление, пиролиз в сочетании с окислением, псевдоожиженный слой, сольволиз с использованием щелочных и кислых растворителей, электрохимические методы.