Enfoque innovador para el reciclaje de fibra de carbono para un futuro más ecológico

Universidad de Waseda, Shinjuku, Japón

El mundo avanza rápidamente hacia un futuro desarrollado y los polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP) desempeñan un papel clave para permitir el progreso tecnológico e industrial. Estos materiales compuestos son livianos y muy resistentes, lo que los hace deseables para aplicaciones en diversos campos, incluidos la aviación, el aeroespacial, la automoción, la generación de energía eólica y los equipos deportivos.

Sin embargo, el reciclaje de CFRP presenta un desafío importante, siendo la gestión de residuos un tema apremiante. Los métodos de reciclaje convencionales requieren calentamiento a alta temperatura o tratamientos químicos, lo que resulta en un alto impacto ambiental y costos elevados. Además, ha sido un desafío recuperar fibras de carbono de alta calidad. En este sentido, la fragmentación electrohidráulica se ha propuesto como una opción prometedora. En esta técnica, se aplican intensos impulsos de ondas de choque generados por plasmas de descarga de alto voltaje a lo largo de las interfaces de diferentes materiales para separar los distintos componentes.

Si bien este método es lucrativo, ¿podemos hacerlo mejor? Respondiendo a esta pregunta, un equipo de investigadores de la Universidad de Waseda, dirigido por el profesor Chiharu Tokoro del Departamento de Ingeniería y Ciencias Creativas, y que incluye a Keita Sato, Manabu Inutsuka y Taketoshi Koita, ha ideado un novedoso método de pulso eléctrico de descarga directa para reciclar eficientemente los CFRP. Sus hallazgos han sido publicados en la revista Scientific Reports. el 30 de noviembre de 2024.

Tokoro habla sobre la motivación detrás de su trabajo actual y afirma:"En nuestros estudios anteriores, ya habíamos establecido experiencia en investigación en la generación de ondas de choque en agua utilizando fenómenos de pulso eléctrico para fragmentar eficientemente materiales difíciles de procesar. Sin embargo, en aplicaciones como las baterías de iones de litio, descubrimos que la descarga directa, que utiliza calentamiento Joule y expansión de vapor del propio material, es más efectiva para una separación de alta eficiencia que depender de ondas de choque. Ahora aplicamos este enfoque al CFRP, con la hipótesis de que podría lograr una separación más eficiente en comparación con la corriente. métodos.”

La técnica de pulso eléctrico de descarga directa aprovecha la generación de calor Joule, la generación de estrés térmico y la fuerza de expansión debido a la generación de plasma, prescindiendo de la necesidad de calentamiento o productos químicos. Los investigadores compararon este método con la fragmentación electrohidráulica examinando las propiedades físicas correspondientes de las fibras de carbono recuperadas, incluida la longitud, la resistencia a la tracción, la adhesión de la resina y la degradación estructural, así como la eficiencia energética en términos de separación de las fibras. Descubrieron que su nueva técnica es más eficaz para la recuperación de fibra de carbono. Conserva fibras relativamente más largas con mayor resistencia y también separa con precisión los CFRP en fibras individuales sin retener resina residual en la superficie.

Además, el enfoque de descarga directa mejora la eficiencia energética en un factor de al menos 10 en comparación con las alternativas tradicionales, al tiempo que reduce el impacto ambiental y promueve la utilización de recursos.

Por lo tanto, se prevé que esta tecnología acelere el reciclaje de CFRP, contribuyendo significativamente al desarrollo de una sociedad sostenible. Según Tokoro, "los hallazgos de nuestra investigación tienen numerosas aplicaciones, relacionadas con el reciclaje de CFRP de componentes gastados de aeronaves, desechos de automóviles y palas de turbinas eólicas. Por lo tanto, la innovación actual respalda la sostenibilidad en todas las industrias al permitir la recuperación eficiente de recursos y reducir el impacto ambiental".

En general, se espera que este trabajo impulse los Objetivos de Desarrollo Sostenible de Industria, Innovación e Infraestructura (ODS 9) y Producción y Consumo Responsables (ODS 12) de las Naciones Unidas.

Para obtener más información, comuníquese con Armand Aponte en Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Necesita activar JavaScript para verlo.; +81 368-690-056.