Enfoque Innovador para el Reciclaje de Fibra de Carbono para un Futuro Más Verde

Universidad Waseda, Shinjuku, Japón

El mundo se dirige rápidamente hacia un futuro desarrollado, y los polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP) juegan un papel clave en permitir el progreso tecnológico e industrial. Estos materiales compuestos son ligeros y altamente resistentes, lo que los hace deseables para aplicaciones en varios campos, incluyendo aviación, aeroespacial, automotriz, generación de energía eólica y equipos deportivos.

Sin embargo, el reciclaje de CFRP presenta un desafío significativo, siendo la gestión de residuos un problema apremiante. Los métodos de reciclaje convencionales requieren calentamiento a alta temperatura o tratamientos químicos, que resultan en alto impacto ambiental y costos elevados. Además, ha sido un desafío recuperar fibras de carbono de alta calidad. En este sentido, la fragmentación electrohidráulica ha sido propuesta como una opción prometedora. En esta técnica, impulsos de onda de choque intensivos generados por descargas de plasma de alto voltaje se aplican a lo largo de las interfaces de diferentes materiales para separar los diversos componentes.

Si bien este método es lucrativo, ¿podemos hacerlo mejor? Respondiendo a esta pregunta, un equipo de investigadores de la Universidad Waseda, liderado por la Profesora Chiharu Tokoro del Departamento de Ciencia e Ingeniería Creativa, e incluyendo a Keita Sato, Manabu Inutsuka y Taketoshi Koita, ha ideado un novedoso método de pulso eléctrico de descarga directa para reciclar CFRP eficientemente. 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, afirmando: "En nuestros estudios previos, ya habíamos establecido experiencia en investigación generando ondas de choque en agua usando fenómenos de pulso eléctrico para fragmentar eficientemente materiales difíciles de procesar. Sin embargo, en aplicaciones como baterías de iones de litio, descubrimos que la descarga directa, que utiliza calentamiento Joule y expansión de vapor del material mismo, es más efectiva para separación de alta eficiencia que confiar en ondas de choque. Ahora aplicamos este enfoque a CFRP, hipotetizando que podría lograr separación más eficiente comparado con métodos actuales".

La técnica de pulso eléctrico de descarga directa aprovecha generación de calor Joule, generación de tensión térmica y fuerza de expansión debido a generación de plasma, prescindiendo de la necesidad de calentamiento o químicos. Los investigadores compararon este método con fragmentación electrohidráulica examinando las propiedades físicas correspondientes de las fibras de carbono recuperadas, incluyendo longitud, resistencia a tracción, adhesión de resina y degradación estructural, así como la eficiencia energética en términos de separación de fibras. Encontraron que su nueva técnica es más efectiva para recuperación de fibra de carbono. Preserva fibras relativamente más largas con mayor resistencia y también separa precisamente CFRP en fibras individuales sin retener ningún residuo de resina en la superficie.

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

Por lo tanto, se anticipa que esta tecnología acelerará el reciclaje de CFRP, contribuyendo significativamente al desarrollo de una sociedad sostenible. Según Tokoro, "Nuestros hallazgos de investigación tienen numerosas aplicaciones, relacionadas con el reciclaje de CFRP de componentes de aeronaves gastados, residuos automotrices y palas de turbinas eólicas. Así, la presente innovación apoya la sostenibilidad across industrias al permitir recuperación eficiente de recursos y reducir impacto ambiental".

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

Para más información, contacte a Armand Aponte en Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Necesita tener JavaScript habilitado para verla.; +81 368-690-056.