Los investigadores están desarrollando un método de reciclaje para tratar los residuos compuestos de carbono y vidrio.

Investigadores de la Universidad de Sydney han desarrollado nuevos métodos para abordar la principal fuente de residuos futuros de las industrias automotriz, aeroespacial y renovable.

Se estima que para 2030, los compuestos de fibra de vidrio y carbono (CFRP), materiales comúnmente utilizados en palas de turbinas eólicas, tanques de hidrógeno, aviones, yates, construcción y fabricación de automóviles, se convertirán en un flujo de residuos clave en todo el mundo.

Para 2050, se prevé que la acumulación anual de residuos de CFRP de la industria aeroespacial y las turbinas eólicas alcance las 840 300 toneladas métricas, el equivalente a 34 estadios llenos, si no se adoptan los métodos de reciclaje adecuados.

Si bien existen métodos de reciclaje, la mayoría de estos desechos ahora se depositan en vertederos o se incineran. La producción de compuestos “vírgenes” también tiene otras consecuencias ambientales, incluido el agotamiento de los recursos y el alto consumo de energía durante la producción.

Esto es a pesar de la existencia de numerosos métodos para reciclar compuestos de fibra de carbono que, según el equipo de investigación de la Universidad de Sydney, si se implementan por completo, podrían reducir significativamente el uso de energía en un 70 por ciento y evitar el desperdicio de flujos de materiales clave.

“Los compuestos de fibra de carbono se consideran un material ‘milagroso’: son duraderos, resistentes a la intemperie y muy versátiles, hasta el punto en que se prevé que su uso aumente en al menos un 60 % solo en la próxima década”, dijo Hadigheh del Escuela de Ingeniería Civil. “Pero este enorme aumento también está provocando un gran aumento de los residuos. Por ejemplo, se estima que para 2030 habrá alrededor de 500.000 toneladas de residuos compuestos de fibra de vidrio y carbono del sector de las energías renovables”.

Un nuevo método de reciclaje.

Para resolver este problema, el Dr. Hadigheh y su reciente doctorado. El estudiante de posgrado Dr. Yaning Wei desarrolló un nuevo método de reciclaje de compuestos de fibra de vidrio y carbono para evitar que los desechos de posproducción se depositen en vertederos. Publicado en Compuestos Parte B: Ingeniería su enfoque proporciona una mayor recuperación de material y una mejor eficiencia energética en comparación con los métodos anteriores.

“Nuestro análisis cinético mostró que el CFRP pretratado se somete a un paso de reacción adicional, lo que permite una mejor descomposición a temperaturas más bajas en comparación con el CFRP no tratado”, dijo el Dr. Hadigheh. “El pretratamiento de solvólisis no solo facilita una mayor degradación, sino que también preserva las propiedades mecánicas de las fibras al reducir el consumo de calor durante el reciclaje”.

Las fibras recicladas hechas de CFRP pretratado retuvieron hasta el 90 por ciento de su resistencia original, superando la resistencia de las fibras recicladas solo por degradación térmica en un 10 por ciento.

“Para demostrar la viabilidad de nuestro método en el mundo real, reciclamos con éxito parte del cuadro de una bicicleta y restos de aviones hechos de compuestos de CFRP utilizando nuestro enfoque híbrido. Estos resultados no solo confirman la eficacia del pretratamiento químico, sino que también demuestran las propiedades mecánicas mejoradas de las fibras de carbono recicladas”, dijo el Dr. Hadigheh.

recuperación de fibra de carbono

EN papel anteriorel equipo también proporcionó una evaluación detallada de 10 sistemas diferentes de tratamiento de residuos compuestos de fibra de vidrio y carbono en función de la eficiencia económica y el impacto ambiental, teniendo en cuenta el tipo de material de desecho y su ubicación geográfica.

El equipo del Dr. Hadigheh descubrió que la solvólisis, un método en el que un solvente puede descomponer los materiales a una determinada presión y temperatura, puede recuperar la fibra de carbono y proporcionar una alta ganancia neta. Los métodos de reciclaje térmico, como la pirólisis catalítica y la pirólisis oxidativa, también proporcionaron altos rendimientos económicos.

También se ha demostrado que los métodos de solvólisis y electroquímicos conducen a niveles de CO significativamente más bajos.₂ emisiones al aire que el vertido y la incineración.

Gran oportunidad

Los investigadores dijeron que los fabricantes deberían ir más allá de la creación continua de materiales vírgenes y, en paralelo, desarrollar productos reciclados a partir de flujos al final de su vida útil.

“Esta es una gran oportunidad”, dijo el Dr. Wei. “Y no solo porque las diferentes formas de reciclaje sean rentables y tengan un impacto ambiental mínimo”.

“En una era de crecientes interrupciones en la cadena de suministro, los productos reciclados de origen local pueden proporcionar un producto más directo en comparación con las importaciones y crear una industria de fabricación avanzada próspera.

“Si bien la conciencia del consumidor sobre el reciclaje diario está creciendo y los desechos plásticos están en el centro de atención, Australia debe considerar urgentemente el reciclaje extensivo de los materiales de construcción de próxima generación antes de que se conviertan en el próximo problema de desechos y se coloquen en el ‘contenedor demasiado duro'”.

El equipo del Dr. Hadigheh también está desarrollando métodos para reciclar materiales compuestos y recientemente patentó una máquina para alinear con precisión las fibras de carbono recicladas para su reutilización.

Los investigadores realizaron un análisis del ciclo de vida (LCA), un análisis de costo-beneficio (CBA) y una evaluación del nivel de preparación tecnológica (TRL) de varios métodos de tratamiento de residuos: vertedero, incineración, reciclaje mecánico, pirólisis catalítica, oxidación, pirólisis combinada con oxidación, lecho fluidizado , solvólisis con el uso de solventes alcalinos y ácidos y métodos electroquímicos.