Recycling van composieten - geen excuses meer

In april 2016 schreef ik een column met de titel "Kunnen we gerecyclede koolstofvezel sexy maken?". Het is geschreven nadat ik een dakpaneel had gezien op een BMW i8 op de North American International Auto Show in Detroit, die gemaakt was van een zichtbare, doorzichtige koolstofvezelmat, teruggewonnen en hergebruikt uit snijresten in het composietproductieproces van BMW. Het getuigde destijds van aanzienlijk vooruitdenken, aangezien alle andere voorbeelden van zichtbare koolstofvezel die op de show te zien waren, geweven stoffen waren, wat de klassieke koolstofvezel "look" opleverde onder hun heldere afwerkingen.

Sindsdien is er veel gebeurd, aangezien verschillende recyclingtechnologieën voor composieten volwassen zijn geworden en meerdere nieuwkomers hebben voortgebracht. Recycling van composieten heeft ook investeringen aangetrokken van durfkapitaalfondsen en strategische investeerders, zoals Hexcel (Stamford, CT, VS) die in 2016 een aandelenpositie in Carbon Conversions Inc. (Lake City, SC, VS) nam, en de december 2018 aankondiging van Mitsubishi Corp. (Tokyo, Japan) dat een belang van 25% neemt in ELG Carbon Fiber Ltd. (Coseley, VK). Misschien wel het belangrijkste is de groeiende lijst van eindgebruikstoepassingen waarin gerecyclede composietmaterialen zijn verwerkt, van putdeksels tot parkbanken tot materialen voor onder meer 3D-printen.

Bij CompositesWorld 's Carbon Fiber-conferentie in december 2018, sprekers van ELG, Vartega Inc. (Golden, CO, VS) en Composite Recycling Technology Center (CRTC, Port Angeles, WA, VS) presenteerden materiaaleigenschappen van gerecyclede composieten (die vergelijkbaar zijn, ze zeg maar die van nieuw materiaal) en reeds gemaakte toepassingen voor eindgebruik dat kan resulteren in een aanzienlijke vraag.

Het recyclen van composieten en afval van composietmaterialen heeft twee hoofddoelen:het eerste is om te voorkomen dat afval op stortplaatsen wordt gestort, en het tweede, en misschien wel belangrijker, is om manieren te vinden om deze materialen terug te winnen en opnieuw te gebruiken in nuttige (en winstgevende) toepassingen. Maar welke methoden bereiken welke doelstellingen en welke zijn zinvol voor verschillende grondstoffen? Om hierover een dialoog aan te gaan, stel ik een methode voor om de verschillende recyclingtechnologieën op zes niveaus te categoriseren:

Niveau 0 is minimalisatie schroot dat naar de stortplaats gaat, geleid door het verbeteren van het materiaalgebruik en het opnieuw opnemen van slachtafval in andere producten binnen dezelfde composietproductiefaciliteit. Dit omvat het gebruik van afvalarme processen zoals automatische tape-legging (ATL) en automatische vezelplaatsing (AFP) van droge vezels en prepregs, en het herslijpen of hakken van schrootdelen en het gebruik ervan in combinatie met continue of discontinue materialen in middenlagen, of injectie- of persvormen. Het is van toepassing op thermoharders en thermoplasten en zou een prioriteit moeten zijn voor alle fabrikanten.

Niveau 1 is herbestemming van afvalmateriaal dat naar de stortplaats gaat. Dit omvat gemalen, gehakte en gematteerde vormen van droog vezelschroot, evenals het nemen van niet-uitgeharde prepregs die mogelijk zijn verlopen of niet aan de specificaties voldoen en deze vormen tot producten met minder strenge prestatie-eisen. Er zijn tal van verwerkers van schrootvezels en verschillende "herbestemmings"-entiteiten voor prepreg, zoals de CRTC.

Niveau 2 neemt uitgeharde composieten, evenals schrootvezels en niet-uitgeharde prepreg, versnippert het en combineert het met aanvullende harsen om alles samen te binden in verschillende panelen en producten die metaal, hout en beton vervangen. Grondstof kan bestaan ​​uit windturbinebladen aan het einde van hun levensduur, boten, vliegtuigonderdelen en auto-onderdelen, en kan een kern van glasvezel, koolstofvezel of schuim zijn. Global Fiberglass Solutions Inc. (Bothell, WA, VS) en GreenTex Solutions LLC (Charleston, SC, VS) zijn twee bedrijven op dit niveau.

In Niveau 3 , vezels worden teruggewonnen uit tussenproductvormen zoals niet-uitgeharde thermohardende en thermoplastische prepregs, waardoor vezels worden verkregen met eigenschappen die in wezen gelijk zijn aan de oorspronkelijke vezels, zij het voornamelijk in een discontinue "pluis" of gepelletiseerde vorm, of in een niet-geweven formaat. ELG en Carbon Conversions (beide met pyrolyse) en Vartega (met solvolyse) bieden koolstofvezels op dit niveau.

Herstel van vezels op Niveau 4 (uitgehard composietschroot en afgekeurde onderdelen) en Niveau 5 (end-of-life parts) is de “heilige graal” van composietrecycling. Beschikbare technologieën zijn onder meer pyrolyse bij hoge temperatuur (ELG en koolstofconversies), afbraak van natte chemische polymeren (Adherent Technologies, Albuquerque, NM, VS) en een pyrolytische methode voor dubbele energieproductie/vezelterugwinning, ontwikkeld door CHZ Technologies (Auburn, AL, VS). Economische schaalvergroting van deze technologieën is essentieel voor het behalen van succes op de lange termijn.

Gezien de beschikbare opties moeten fabrikanten van composieten overwegen om recyclingbedrijven op te nemen in detoeleveringsketen van composieten net als leveranciers van vezels, hars en prepreg. Daarbij moeten ze bereid zijn om R&D-fondsen te investeren om deze evoluerende technologieën te helpen volwassen te worden. In december kondigde Boeing een vijfjarige overeenkomst aan met ELG om zijn composietafval, uitgehard (niveau 4) en niet-uitgehard (niveau 3), van 11 productielocaties naar ELG te sturen voor de terugwinning van koolstofvezel. Het is een begin en het is tijd voor andere fabrikanten om dit voorbeeld te volgen. Geen excuses toegestaan.