Nový průlom! Zelené recyklování karbonových kompozitů (CFRP)

Úvod

Uhlíková vlákna jsou v průmyslu známá jako “král materiálů” a “černé zlato”. Jsou hojně využívána v letectví, leteckém a kosmickém průmyslu, energetice, dopravě, větrných turbínách, stavebních mostech, vojenském vybavení a dalších oblastech a jsou důležitým materiálem pro národní obranu i civilní výrobu.

V posledních letech, kdy se průmysl uhlíkových vláken dostal do období rychlého rozvoje, přibývá aplikací uhlíkových kompozitů a ve výrobním procesu vzniká stále více odpadu. Odborníci z oboru upozorňují, že všechny složky řetězce průmyslu uhlíkových vláken produkují odpad a pouze v samotném procesu výroby a výroby je podíl odpadu až 30–50 %. Navíc je CFRP obtížné opravit a dokonce i část poškození se musí vyhodit.

Jelikož uhlíkové kompozity nelze v přirozených podmínkách rozložit, velké množství odpadu a šrotu lze jen skládkovat. Podle statistik celosvětové používání uhlíkových vláken v roce 2018 dosáhlo 92 600 tun, z toho šrotu bylo 30 300 tun. To nejenže způsobuje znečištění životního prostředí, ale také je to velká ztráta zdrojů.

Technologie rozkladu a recyklace CFRP při okolní teplotě

Výzkumný tým vyvinul technologii, která umožňuje jednoduché rozklad CFRP při nízké teplotě. Pokud se CFRP namočí do roztoku, lze uhlíková vlákna během krátké doby oddělit od pryskyřice a současně lze suroviny z pryskyřice recyklovat.

Tato technologie je revoluční novinkou, která umožňuje vrátit těžko zpracovatelné CFRP zpět ke surovině a celé je recyklovat. Tato technologie je inspirována strukturou redoxní reakce probíhající v lidském těle.

Důvodem pevnosti CFRP je kombinace uhlíkových vláken a plastu. Uhlíková vlákna se nedají snadno zlomit a jsou pevná, ale snadno se ohýbají. Pokud jsou uhlíková vlákna spojena s pryskyřicí, vzniká vynikající materiál, který je jak lehký, tak pevný, což dosahuje silné kombinace uhlíkových vláken a plastu s úžasnou pevností, ale naopak je to také velká překážka pro recyklaci.

Termosetový plast používaný v CFRP, jakmile se ztuhne, je velmi těžko rozložitelný a lze jej dlouhodobě likvidovat pouze spalováním nebo skládkováním. Dříve se používala látka mercaptoethanol, která dokáže rozložit vazbu S-S v CFRP, aby se dal recyklovat, ale tato látka je příliš toxická a není bezpečná ani ekologicky šetrná.

Tým R se zaměřil na přírodní biomateriál, který se rozpustil ve vodě a pak se přidal do organického solventu, do něhož se vložil CFRP, a pryskyřice v CFRP se po několika hodinách promíchání při pokojové teplotě rozpustila do kapalné fáze.

Princip spočívá v tom, že přírodní biostrukturovaný materiál slouží k přeorganizování vazby S-S v CFRP a nahrazení vazby S-S v pryskyřici, přičemž rozložená pryskyřice se rozpustí v organickém solventu.

Závěr

Tato technologie, která dokáže rozložit pevné CFRP a opětovně ho použít jednoduchým přidáním biologických látek do roztoku bez použití škodlivých látek, by mohla být klíčem k popularitě CFRP v době úspory energie a ochrany životního prostředí.