Reciclaje de compuestos: Desbloqueando el valor en residuos de fibra de carbono

En abril de 2016, escribí una columna titulada "¿Podemos hacer la fibra de carbono reciclada sexy?". Fue escrita después de ver un panel de techo en un BMW i8 en el North American International Auto Show en Detroit hecho de una estera de fibra de carbono visible, recubierta transparente, recuperada y reutilizada de recortes en el proceso de fabricación de compuestos de BMW. Demostró un pensamiento adelantado significativo en ese momento, ya que todos los otros ejemplos de fibra de carbono visible en la exposición eran tejidos, produciendo el clásico "look" de fibra de carbono bajo sus acabados transparentes.

Mucho ha sucedido desde entonces, ya que varias tecnologías de reciclaje de compuestos han madurado y generado múltiples participantes. El reciclaje de compuestos también ha atraído inversión de fondos de capital de riesgo así como inversores estratégicos, como Hexcel (Stamford, CT, EE. UU.) tomando una participación accionaria en Carbon Conversions Inc. (Lake City, SC, EE. UU.) en 2016, y el anuncio de diciembre de 2018 de Mitsubishi Corp. (Tokio, Japón) tomando una participación del 25% en ELG Carbon Fibre Ltd. (Coseley, Reino Unido). Quizás lo más significativo es la creciente lista de aplicaciones de uso final que incorporan materiales compuestos reciclados, desde tapas de alcantarilla hasta bancos de parque hasta materiales para impresión 3D, entre otros.

En la conferencia de Fibra de Carbono de CompositesWorld en diciembre de 2018, oradores de ELG, Vartega Inc. (Golden, CO, EE. UU.) y Centro de Tecnología de Reciclaje de Compuestos (CRTC, Port Angeles, WA, EE. UU.) presentaron propiedades de materiales de compuestos reciclados (que son comparables, dicen, a los de material virgen) así como aplicaciones de uso final ya creadas que podrían resultar en demanda significativa.

Hay dos objetivos principales para el reciclaje de compuestos y materiales compuestos de desecho: el primero es evitar colocar desechos en vertederos, y el segundo, y quizás más importante, es encontrar formas de recuperar y reutilizar estos materiales en aplicaciones útiles (y rentables). Pero, ¿qué métodos logran qué objetivos, y cuáles tienen sentido para diversas materias primas? Para iniciar un diálogo en torno a esto, propongo un método para categorizar las diversas tecnologías de reciclaje en seis niveles:

Nivel 0 es minimización de desechos que van a vertedero, liderado por mejorar la utilización de material y reincorporar desperdicios en otros productos dentro de la misma instalación de fabricación de compuestos. Esto incluye usar procesos de bajo desperdicio como colocación automática de cinta (ATL) y colocación automática de fibra (AFP) de fibra seca y preimpregnados, y re-moler o picar piezas de desecho y usarlas en combinación con materiales continuos o discontinuos en capas centrales, o moldeo por inyección o compresión. Es aplicable a termoestables y termoplásticos y debería ser una prioridad para todos los fabricantes.

Nivel 1 es reutilización de materiales de desecho destinados al vertedero. Esto incluye formas molidas, picadas y de estera de desecho de fibra seca, así como tomar preimpregnados sin curar que pueden estar caducados o fuera de especificación y moldearlos en productos con requisitos de rendimiento menos estrictos. Hay numerosos procesadores de fibra de desecho, y varias entidades de "reutilización" para preimpregnado, como el CRTC.

Nivel 2 es tomar compuestos curados así como fibra de desecho y preimpregnado sin curar, triturarlo y combinarlo con resinas adicionales para unificarlo todo en varios paneles y productos que reemplazan metal, madera y concreto. La materia prima puede incluir palas de turbinas eólicas al final de su vida, barcos, piezas de aviones y componentes automotrices, y puede ser fibra de vidrio, fibra de carbono o núcleo de espuma. Global Fiberglass Solutions Inc. (Bothell, WA, EE. UU.) y GreenTex Solutions LLC (Charleston, SC, EE. UU.) son dos empresas en este nivel.

En el Nivel 3, las fibras se recuperan de formas de producto intermedias como preimpregnados termoplásticos y termoestables sin curar, produciendo fibras con propiedades esencialmente equivalentes a las fibras originales, aunque principalmente en forma discontinua de "copos" o pelletizada, o en formato no tejido. ELG, y Carbon Conversions (ambos usando pirólisis) y Vartega (usando solvólisis) ofrecen fibras de carbono en este nivel.

La recuperación de fibras en Nivel 4 (desechos de compuestos curados y piezas rechazadas) y Nivel 5 (piezas al final de su vida) es el "santo grial" del reciclaje de compuestos. Las tecnologías disponibles incluyen pirólisis a alta temperatura (ELG y Carbon Conversions), descomposición química húmeda de polímeros (Adherent Technologies, Albuquerque, NM, EE. UU.) y un método pirolítico dual de producción de energía/recuperación de fibra desarrollado por CHZ Technologies (Auburn, AL, EE. UU.). La escalabilidad económica de estas tecnologías será esencial para lograr el éxito a largo plazo.

Dadas las opciones disponibles, los fabricantes de compuestos necesitan considerar incluir empresas de reciclaje como parte de la cadena de suministro de compuestos al igual que proveedores de fibra, resina y preimpregnado. Al hacerlo, deben estar preparados para invertir fondos de I+D para ayudar a estas tecnologías en evolución a alcanzar la madurez. En diciembre, Boeing anunció un acuerdo de cinco años con ELG para enviar sus desechos compuestos, curados (Nivel 4) y sin curar (Nivel 3), desde 11 sitios de fabricación a ELG para recuperación de fibra de carbono. Es un comienzo, y es hora de que otros fabricantes sigan el ejemplo. No se permiten excusas.