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, serán un flujo de residuos clave en todo el mundo.
Se prevé que la acumulación anual de residuos de CFRP de las industrias de aeronaves y turbinas eólicas alcance las 840 300 toneladas para 2050, el equivalente a 34 estadios llenos, si no se adoptan métodos de reciclaje adecuados.
Si bien existen métodos de reciclaje, la mayoría de estos desechos actualmente se envían a vertederos o se incineran. La producción de compuestos « vírgenes » también tiene otras implicaciones para el medio ambiente, 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 un equipo de investigación de la Universidad de Sydney, si se implementan por completo, tienen el potencial de reducir significativamente el uso de energía en un 70 por ciento y evitar que se desperdicien flujos clave de materiales.
« Los compuestos de fibra de carbono se consideran un material ‘maravilloso’ : son duraderos, resistentes a la intemperie y muy versátiles, tanto que se prevé que su uso aumente en al menos un 60 por ciento solo en la próxima década », dijo el Dr. Hadigheh. de la Escuela de Ingeniería Civil. « Pero este enorme crecimiento también trae consigo un gran aumento de los residuos. Por ejemplo, se estima que para 2030 existirán alrededor de 500.000 toneladas de residuos compuestos de fibra de carbono y fibra de vidrio del sector de las energías renovables ».
Un nuevo método de reciclaje
Para abordar este problema, el Dr. Hadigheh y su reciente doctorado, el Dr. Yaning Wei, han desarrollado un nuevo método de reciclaje para compuestos de fibra de vidrio y carbono en un intento por evitar que los materiales de fin de generación vayan a parar a los vertederos. Publicado en Composites Part B : Diseñar su enfoque garantiza una mayor recuperación de material y una mayor eficiencia energética en comparación con los métodos anteriores.
« Nuestro análisis cinético reveló que el CFRP pretratado se somete a una etapa de reacción adicional, lo que permite una mejor descomposición a temperaturas más bajas en comparación con el CFRP sin tratar », dijo el Dr. Hadigheh. El pretratamiento de solvólisis no solo facilita una mayor descomposición, sino que también preserva las propiedades mecánicas de las fibras al reducir el consumo de calor durante el reciclaje ».
Las fibras recicladas obtenidas a partir de CFRP pretratado conservaron hasta el 90 % de su resistencia original, superando en un 10 % la resistencia de las fibras recuperadas solo mediante degradación térmica.
« Para demostrar la aplicabilidad de nuestro método en el mundo real, reciclamos con éxito parte del cuadro de una bicicleta y restos de aviones fabricados con compuestos de CFRP utilizando nuestro enfoque híbrido. Estos resultados no solo validan la eficacia del pretratamiento químico, sino que también demuestran la mejora mecánica características de las fibras de carbono recicladas », dijo el Dr. Hadigheh.
Recuperación de fibra de carbono
En un documento anterior, el equipo también presentó 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 los efectos ambientales, teniendo en cuenta el tipo de material de desecho y su ubicación geográfica.
El equipo del Dr. Hadigheh descubrió que la solvolisis, un método mediante el cual los materiales se pueden descomponer con la aplicación de un solvente bajo una presión y temperatura específicas, podría recuperar la fibra de carbono y generar una alta ganancia neta. Los métodos de reciclado térmico, como la pirólisis catalítica y la pirólisis combinada con oxidación, también proporcionaron un alto rendimiento económico.
También se demostró que los métodos electroquímicos y de solvolisis conducen a emisiones de CO2 sustancialmente más bajas a la atmósfera que el vertido y la incineración.
una gran oportunidad
Los investigadores dijeron que los fabricantes deberían mirar más allá de la creación continua de material virgen 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 varios modos de reciclaje son rentables y tienen un impacto mínimo en el medio ambiente. En una era de crecientes interrupciones en la cadena de suministro, los productos reciclados locales pueden proporcionar un producto más inmediato en comparación con las importaciones y crear una floreciente industria de fabricación avanzada. »
« Si bien la conciencia sobre el reciclaje diario de los consumidores está aumentando y los desechos plásticos están en el punto de mira, Australia debe considerar urgentemente el reciclaje a gran escala de materiales de construcción de nueva generación antes de que se conviertan en otro problema de desechos y se coloquen en la ‘canasta demasiado dura' ».
El equipo del Dr. Hadigheh también está desarrollando métodos para el reciclaje de materiales compuestos y recientemente patentó una máquina para alinear con precisión las fibras de carbono recicladas, de modo que puedan reutilizarse.
Sobre el análisis
Los investigadores realizaron análisis de ciclo de vida (LCA), análisis de costes y beneficios (CBA) y evaluaciones del nivel de preparación tecnológica (TRL) de los diferentes métodos de tratamiento de residuos: vertedero, incineración, reciclado mecánico, pirólisis catalítica, oxidación, pirólisis combinada con oxidación, lecho fluidizado, solvólisis con disolventes alcalinos y ácidos, y métodos electroquímicos.