Istraživači sa Univerziteta u Sidneju razvili su nove metode za rešavanje glavnog izvora budućeg otpada iz automobilske, vazduhoplovne i obnovljive industrije.
Procenjuje se da će do 2030. godine kompoziti od ugljenika i staklenih vlakana (CFRP), materijali koji se obično koriste u lopaticama vetroturbina, rezervoarima vodonika, avionima, jahtama, građevinarstvu i proizvodnji automobila, biti ključni tok otpada širom sveta.
Godišnja akumulacija CFRP otpada samo iz industrije aviona i vetrogeneratora predviđa se da će dostići 840.300 metričkih tona do 2050. godine – što je ekvivalent 34 puna stadiona – ako se ne usvoje odgovarajuće metode reciklaže.
Iako metode reciklaže postoje, većina ovog otpada trenutno ide na deponiju ili se spaljuje. Proizvodnja „neobičnih“ kompozita takođe ima dalje implikacije na životnu sredinu, uključujući iscrpljivanje resursa i visok unos energije tokom proizvodnje.
Ovo je uprkos postojanju brojnih metoda za recikliranje kompozita od ugljeničnih vlakana za koje istraživački tim sa Univerziteta u Sidneju kaže da, ako se u potpunosti implementiraju, imaju potencijal da značajno smanje upotrebu energije za 70 procenata i spreče da ključni tokovi materijala odu u otpad.
„Kompoziti od ugljeničnih vlakana smatraju se ‘čudesnim’ materijalom—oni su izdržljivi, otporni na vremenske uslove i veoma raznovrsni—toliko da se predviđa da će se njihova upotreba povećati za najmanje 60% samo u narednoj deceniji“, rekao je dr Hadigeh iz građevinsku školu. „Ali ovaj ogroman rast takođe donosi ogroman porast otpada. Na primer, procenjuje se da će do 2030. postojati oko 500.000 tona kompozitnog otpada od ugljenika i staklenih vlakana iz sektora obnovljive energije.“
Da bi se pozabavili ovim pitanjem, dr Hadigeh i njegov nedavni dr. diplomirani dr Ianing Vei je razvio novu metodu reciklaže za kompozite od ugljenika i staklenih vlakana u pokušaju da spreče odlazak materijala sa kraja generacije na deponiju. Objavljeno u Kompozitima, Deo B: Inženjering njihovog pristupa obezbeđuje povećan oporavak materijala i poboljšanu energetsku efikasnost u poređenju sa prethodnim metodama.
„Naša kinetička analiza je otkrila da prethodno tretirani CFRP prolazi kroz dodatnu fazu reakcije, omogućavajući poboljšano razlaganje na nižim temperaturama u poređenju sa neobrađenim CFRP-om“, rekao je dr Hadigheh. „Prethodna obrada solvolizom ne samo da olakšava veće raspadanje, već i čuva mehanička svojstva vlakana smanjujući potrošnju toplote tokom reciklaže.“
Reciklirana vlakna dobijena od prethodno tretiranog CFRP-a zadržala su do 90 procenata svoje prvobitne čvrstoće, nadmašujući snagu vlakana dobijenih samo termičkom degradacijom za 10 procenata.
„Da bismo demonstrirali primenljivost naše metode u stvarnom svetu, uspešno smo reciklirali deo okvira bicikla i ostatke aviona napravljene od CFRP kompozita koristeći naš hibridni pristup. Ovi rezultati ne samo da potvrđuju efikasnost hemijskog prethodnog tretmana, već i demonstriraju poboljšanu mehaničku karakteristike recikliranih ugljeničnih vlakana“, rekao je dr Hadigeh.
U prethodnom radu, tim je takođe predstavio detaljnu procenu 10 različitih sistema za tretman kompozitnog otpada od ugljenika i staklenih vlakana na osnovu ekonomske efikasnosti i uticaja na životnu sredinu, uzimajući u obzir vrstu otpadnog materijala i njegovu geografsku lokaciju.
Tim dr. Hadigheh-a je otkrio da solvoliza – metoda kojom se materijali mogu razgraditi primenom rastvarača pod određenim pritiskom i temperaturom – može povratiti ugljenična vlakna uz istovremeno visok neto profit. Metode termičke reciklaže kao što su katalitička piroliza i piroliza u kombinaciji sa oksidacijom takođe su obezbedile visok ekonomski povraćaj.
Takođe se pokazalo da solvoliza i elektrohemijske metode dovode do znatno nižih emisija CO 2 u atmosferu u odnosu na deponovanje i spaljivanje.
Istraživači su rekli da proizvođači treba da gledaju dalje od kontinuiranog stvaranja prvobitnog materijala i, paralelno, razvijaju reciklirane proizvode iz tokova na kraju životnog veka.
„Ovo je ogromna prilika“, rekao je dr Vej. „I ne samo zato što su različiti načini reciklaže isplativi i minimalno utiču na životnu sredinu.“
„U eri rastućih poremećaja u lancu snabdevanja, lokalni reciklirani proizvodi mogu pružiti neposredniji proizvod u poređenju sa uvozom i stvoriti naprednu proizvodnu industriju u razvoju.
„Dok se svest o svakodnevnoj reciklaži potrošača povećava, a plastični otpad je u centru pažnje, Australija mora hitno razmotriti široku reciklažu građevinskih materijala nove generacije pre nego što postanu još jedan problem otpada i budu stavljeni u ‘pretvrdu korpu’.
Tim dr Hadigheha takođe razvija metode za reciklažu kompozitnih materijala i nedavno je patentirao mašinu za precizno poravnavanje recikliranih ugljeničnih vlakana, tako da se mogu ponovo koristiti.
Istraživači su sproveli analizu životnog ciklusa (LCA), analizu troškova i koristi (CBA) i procenu nivoa spremnosti tehnologije (TRL) različitih metoda tretmana otpada: deponija, spaljivanje, mehanička reciklaža, katalitička piroliza, oksidacija, piroliza u kombinaciji sa oksidacijom, fluidizovani sloj , solvoliza korišćenjem alkalnih i kiselih rastvarača i elektrohemijske metode.
