Si stima che entro il 2030 i compositi in carbonio e fibra di vetro (CFRP), materiali comunemente utilizzati nelle pale delle turbine eoliche, nei serbatoi di idrogeno, negli aeroplani, negli yacht, nell’edilizia e nella produzione di automobili, saranno un flusso di rifiuti chiave in tutto il mondo.
Si prevede che l’accumulo annuale di rifiuti CFRP dalle sole industrie aeronautiche e delle turbine eoliche raggiungerà le 840.300 tonnellate entro il 2050, l’equivalente di 34 stadi pieni, se non verranno adottati metodi di riciclaggio adeguati.
Sebbene esistano metodi di riciclaggio, la maggior parte di questi rifiuti attualmente va in discarica o viene incenerita. La produzione di compositi “vergini” ha ulteriori implicazioni anche per l’ambiente, tra cui l’esaurimento delle risorse e l’elevato consumo di energia durante la produzione.
Ciò nonostante l’esistenza di numerosi metodi per riciclare i compositi in fibra di carbonio che, secondo un gruppo di ricerca dell’Università di Sydney, se completamente implementati, hanno il potenziale per ridurre significativamente il consumo di energia del 70% e impedire che flussi chiave di materiali vadano sprecati.
“I compositi in fibra di carbonio sono considerati un materiale ‘meraviglioso’: sono durevoli, resistenti agli agenti atmosferici e altamente versatili, tanto che si prevede che il loro utilizzo aumenterà di almeno il 60% solo nel prossimo decennio”, ha affermato il dott. Hadigheh dalla Scuola di Ingegneria Civile. “Ma questa enorme crescita comporta anche un enorme aumento dei rifiuti. Ad esempio, è stato stimato che entro il 2030 esisteranno circa 500.000 tonnellate di rifiuti compositi in carbonio e fibra di vetro provenienti dal settore delle energie rinnovabili”.
Un nuovo metodo di riciclaggio
Per affrontare questo problema, il dottor Hadigheh e il suo neolaureato dottor Yaning Wei hanno sviluppato un nuovo metodo di riciclaggio per i compositi in carbonio e fibra di vetro nel tentativo di evitare che i materiali di fine generazione vadano in discarica. Pubblicato in Compositi Parte B: Ingegneria il loro approccio garantisce un maggiore recupero di materiale e una migliore efficienza energetica rispetto ai metodi precedenti.
“La nostra analisi cinetica ha rivelato che la CFRP pretrattata subisce un’ulteriore fase di reazione, consentendo una migliore degradazione a temperature più basse rispetto alla CFRP non trattata”, ha affermato il dott. Hadigheh. Il pretrattamento di solvolisi non solo facilita una maggiore scomposizione, ma preserva anche le proprietà meccaniche delle fibre riducendo il consumo di calore durante il riciclaggio”.
Le fibre riciclate ottenute da CFRP pretrattato hanno mantenuto fino al 90 percento della loro resistenza originale, superando del 10 percento la resistenza delle fibre recuperate attraverso la sola degradazione termica.
“Per dimostrare l’applicabilità del nostro metodo nel mondo reale, abbiamo riciclato con successo parte del telaio di una bicicletta e scarti di aereo realizzati con compositi CFRP utilizzando il nostro approccio ibrido. Questi risultati non solo convalidano l’efficacia del pretrattamento chimico, ma dimostrano anche il miglioramento meccanico caratteristiche delle fibre di carbonio riciclate”, ha affermato il dott. Hadigheh.
Recuperare la fibra di carbonio
In un precedente documento, il team ha anche presentato una valutazione dettagliata di 10 diversi sistemi di trattamento dei rifiuti compositi in carbonio e fibra di vetro basati sull’efficienza economica e sugli effetti ambientali, prendendo in considerazione il tipo di materiale di scarto e la sua posizione geografica.
Il team del dott. Hadigheh ha scoperto che la solvolisi, un metodo in base al quale i materiali possono essere scomposti con l’applicazione di solvente a una pressione e temperatura specifiche, potrebbe recuperare la fibra di carbonio fornendo al tempo stesso un elevato profitto netto. Anche i metodi di riciclaggio termico come la pirolisi catalitica e la pirolisi accoppiata all’ossidazione hanno fornito un elevato ritorno economico.
È stato inoltre dimostrato che la solvolisi ei metodi elettrochimici portano a emissioni di CO2 sostanzialmente inferiori nell’atmosfera rispetto allo smaltimento in discarica e all’incenerimento.
Un’enorme opportunità
I ricercatori hanno affermato che i produttori dovrebbero guardare oltre la creazione continua di materiale vergine e, parallelamente, sviluppare prodotti riciclati da flussi di fine vita.
“Questa è un’enorme opportunità”, ha affermato il dott. Wei. “E non solo perché le varie modalità di riciclaggio sono convenienti e hanno un impatto minimo sull’ambiente. In un’era di crescenti interruzioni della catena di approvvigionamento, i prodotti riciclati locali possono fornire un prodotto più immediato rispetto alle importazioni e creare una fiorente industria manifatturiera avanzata. “
“Mentre la consapevolezza del riciclaggio quotidiano dei consumatori è in aumento e i rifiuti di plastica sono sotto i riflettori, l’Australia deve prendere urgentemente in considerazione il riciclaggio su larga scala dei materiali da costruzione di nuova generazione prima che si trasformino in un altro problema di rifiuti e vengano messi nel ‘cestino troppo duro'”.
Il team del dottor Hadigheh sta anche sviluppando metodi per il riciclaggio dei materiali compositi e recentemente ha brevettato una macchina per allineare con precisione le fibre di carbonio riciclate, in modo che possano essere riutilizzate.
Circa l’analisi
I ricercatori hanno condotto analisi del ciclo di vita (LCA), analisi costi-benefici (CBA) e valutazioni del livello di prontezza tecnologica (TRL) dei diversi metodi di trattamento dei rifiuti: discarica, incenerimento, riciclaggio meccanico, pirolisi catalitica, ossidazione, pirolisi combinata con ossidazione, letto fluido , solvolisi con solventi alcalini e acidi e metodi elettrochimici.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com