Nov preboj! Zeleno recikliranje kompozitov iz ogljikovih vlaken (CFRP)

Predgovor

Ogljikova vlakna so v industriji znana kot "kralj materialov" in "črno zlato". Široko se uporablja v letalstvu, vesoljski industriji, energetiki, prometu, pri lopaticah vetrnih elektrarn, gradnji mostov, vojaški opremi in na drugih področjih ter je pomemben material za nacionalno obrambo in civilno proizvodnjo.

V zadnjih letih je industrija ogljikovih vlaken vstopila v obdobje hitrega razvoja, uporaba kompozitov iz ogljikovih vlaken se povečuje, v proizvodnem procesu pa nastaja vse več odpadkov. Strokovnjaki v industriji poudarjajo, da vsi vidiki industrijske verige ogljikovih vlaken proizvajajo odpadke, stopnja odpadka samo v proizvodnem in proizvodnem procesu pa znaša od 30% do 50%. Poleg tega je CFRP težko popraviti in tudi del poškodbe bo zavržen.

Ker se kompoziti iz ogljikovih vlaken v naravnih pogojih ne morejo razgraditi, se lahko velika količina ostankov in odpadkov le odloži na odlagališču. Po statističnih podatkih je samo v letu 2018 svetovna uporaba ogljikovih vlaken dosegla 92 600 ton, od tega je količina odpadkov znašala 30 300 ton. To ne bo povzročilo le onesnaženja okolja, temveč je tudi velika izguba virov.

Tehnologija razgradnje in recikliranja CFRP pri sobni temperaturi

Raziskovalna skupina je razvila tehnologijo, s katero je mogoče pri nizki temperaturi preprosto razgraditi CFRP. Če se CFRP namoči v raztopino, se lahko ogljikova vlakna v kratkem času ločijo od smole, hkrati pa se lahko surovina smole reciklira.

Ta tehnologija je revolucionarna nova tehnologija za vračanje težko predelljivega CFRP nazaj v surovino in njegovo recikliranje. Navdih za to tehnologijo je struktura redoks reakcije, ki poteka v človeškem telesu.

Razlog za trdnost CFRP je kombinacija ogljikovih vlaken in plastike. Ogljikova vlakna se ne zlomijo zlahka in so močna, vendar se zlahka upognejo. Če ogljikova vlakna povežemo s smolo, postane odličen material z lahkoto in trdnostjo, s čimer dosežemo močno kombinacijo ogljikovih vlaken in plastike neverjetne trdnosti, vendar je nasprotno tudi velika ovira pri recikliranju.

Termoreaktivna plastika, ki se uporablja v CFRP, se po strditvi zelo težko razgradi in jo je mogoče dolgo časa odstranjevati le s sežiganjem ali odlaganjem na odlagališčih. Prej se je za recikliranje uporabljalo sredstvo merkaptoetanol, ki lahko uniči vez S-S v CFRP, vendar je to sredstvo preveč strupeno in ni niti varno niti okolju prijazno.

Ekipa za raziskave in razvoj se je osredotočila na naravni biomaterial, ki je bil raztopljen v vodi in nato dodan organskemu topilu, v katerega je bil vstavljen CFRP, smola v CFRP pa se je po večurnem mešanju pri sobni temperaturi raztopila v tekoči fazi.

Načelo je, da se narava biološko strukturiranega materiala uporabi za reorganizacijo vezi S-S v CFRP in nadomestitev vezi S-S v smoli, razgrajena smola pa se raztopi v organskem topilu.

Zaključek

Pričakuje se, da bo ta tehnologija, ki lahko razgradi močan CFRP in ga ponovno uporabi s preprostim dodajanjem bioloških materialov v raztopino brez uporabe škodljivih snovi, ključna za priljubljenost CFRP v dobi varčevanja z energijo in varstva okolja.