Innovatieve benadering van koolstofvezelrecycling voor een groenere toekomst

Waseda Universiteit, Shinjuku, Japan

De wereld snelt snel richting een ontwikkelde toekomst, en met koolstofvezels versterkte polymeren (CFRP’s) spelen een sleutelrol bij het mogelijk maken van technologische en industriële vooruitgang. Deze composietmaterialen zijn lichtgewicht en zeer sterk, waardoor ze wenselijk zijn voor toepassingen op verschillende gebieden, waaronder de luchtvaart, ruimtevaart, auto-industrie, windenergieopwekking en sportuitrusting.

Het recyclen van CFRP's vormt echter een aanzienlijke uitdaging, waarbij afvalbeheer een urgente kwestie is. Conventionele recyclingmethoden vereisen verhitting of chemische behandelingen op hoge temperatuur, wat resulteert in een hoge impact op het milieu en hogere kosten. Bovendien was het een uitdaging om koolstofvezels van hoge kwaliteit terug te winnen. In dit opzicht is elektrohydraulische fragmentatie voorgesteld als een veelbelovende optie. Bij deze techniek worden intensieve schokgolfimpulsen, gegenereerd door hoogspanningsontladingsplasma's, toegepast langs de grensvlakken van verschillende materialen om de verschillende componenten te scheiden.

Kunnen we het, ook al is deze methode lucratief, beter doen? Om deze vraag te beantwoorden heeft een team van onderzoekers van de Waseda Universiteit, onder leiding van professor Chiharu Tokoro van de afdeling Creative Science and Engineering, waaronder Keita Sato, Manabu Inutsuka en Taketoshi Koita, een nieuwe elektrische pulsmethode met directe ontlading bedacht voor het efficiënt recyclen van CFRP's. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Scientific Reports op 30 november 2024.

Tokoro vertelt over de motivatie achter hun huidige werk en stelt:"In onze eerdere onderzoeken hadden we al onderzoeksexpertise opgebouwd in het genereren van schokgolven in water met behulp van elektrische pulsfenomenen om moeilijk te verwerken materialen efficiënt te fragmenteren. In toepassingen zoals lithium-ionbatterijen ontdekten we echter dat directe ontlading, waarbij gebruik wordt gemaakt van Joule-verwarming en dampexpansie van het materiaal zelf, effectiever is voor een zeer efficiënte scheiding dan het vertrouwen op schokgolven. We passen deze benadering nu toe op CFRP, met de hypothese dat dit een efficiëntere scheiding zou kunnen bereiken vergeleken met huidige methoden.”

De elektrische pulstechniek met directe ontlading maakt gebruik van Joule-warmteopwekking, thermische spanningsopwekking en expansiekracht als gevolg van plasmaopwekking, waardoor verwarming of chemicaliën overbodig zijn. De onderzoekers vergeleken deze methode met elektrohydraulische fragmentatie door de overeenkomstige fysieke eigenschappen van de teruggewonnen koolstofvezels te onderzoeken, waaronder lengte, treksterkte, harsadhesie en structurele degradatie, evenals de energie-efficiëntie in termen van vezelscheiding. Ze ontdekten dat hun nieuwe techniek effectiever is voor het terugwinnen van koolstofvezels. Het behoudt relatief langere vezels met een hogere sterkte en scheidt CFRP's ook nauwkeurig in individuele vezels zonder dat er harsresten op het oppervlak achterblijven.

Bovendien verbetert de directe lozingsaanpak de energie-efficiëntie met een factor van minstens 10 vergeleken met traditionele alternatieven, terwijl de impact op het milieu wordt verminderd en het gebruik van hulpbronnen wordt bevorderd.

Daarom wordt verwacht dat deze technologie de recycling van CFRP zal versnellen en aanzienlijk zal bijdragen aan de ontwikkeling van een duurzame samenleving. Volgens Tokoro:"Onze onderzoeksresultaten hebben talloze toepassingen, met betrekking tot de recycling van CFRP's uit gebruikte vliegtuigonderdelen, auto-afval en windturbinebladen. De huidige innovatie ondersteunt dus de duurzaamheid in alle sectoren door efficiënt terugwinnen van hulpbronnen mogelijk te maken en de impact op het milieu te verminderen."

Over het geheel genomen wordt verwacht dat dit werk de duurzame ontwikkelingsdoelstellingen van de Verenigde Naties op het gebied van industrie, innovatie en infrastructuur (SDG 9) en verantwoorde consumptie en productie (SDG 12) zal bevorderen.

Voor meer informatie kunt u contact opnemen met Armand Aponte op Dit e-mailadres wordt beschermd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien.; +81 368-690-056.