تطوير طريقة جديدة لإعادة التدوير ومعالجة نفايات مركبات الكربون والألياف الزجاجية

تشير التقديرات إلى أنه بحلول عام 2030 ، ستكون مركبات الكربون والألياف الزجاجية (CFRP) ، المواد المستخدمة بشكل شائع في شفرات توربينات الرياح وخزانات الهيدروجين والطائرات واليخوت والبناء وتصنيع السيارات ، مصدرًا رئيسيًا للنفايات في جميع أنحاء العالم.

من المتوقع أن يصل التراكم السنوي لنفايات البلاستيك المقوى بألياف الكربون من صناعات الطائرات وتوربينات الرياح وحدها إلى 840300 طن متري بحلول عام 2050 – أي ما يعادل 34 ملعبًا كاملاً – إذا لم يتم اعتماد طرق إعادة التدوير المناسبة.

في حين أن طرق إعادة التدوير موجودة ، فإن معظم هذه النفايات تذهب حاليًا إلى مكب النفايات أو يتم حرقها، إن إنتاج المركبات “البكر” له آثار أخرى على البيئة أيضًا، بما في ذلك استنفاد الموارد ومدخلات الطاقة العالية أثناء الإنتاج.

تقليل استخدام الطاقة

هذا على الرغم من وجود العديد من الطرق لإعادة تدوير مركبات ألياف الكربون والتي يقول فريق بحثي في ​​جامعة سيدني، إذا تم تنفيذها بالكامل، فإن لديها القدرة على تقليل استخدام الطاقة بشكل كبير بنسبة 70 في المائة ومنع التدفقات الرئيسية من المواد من النفايات.

قال، “لكن هذا النمو الهائل يجلب أيضًا زيادة هائلة في النفايات. على سبيل المثال ، تشير التقديرات إلى أن حوالي 500000 طن من نفايات الكربون والألياف الزجاجية المركبة من قطاع الطاقة المتجددة ستوجد بحلول عام 2030.”

طريقة إعادة تدوير جديدة

ولمعالجة هذه القضية، طورت الدكتورة يانينج وي طريقة جديدة لإعادة التدوير لمركبات الكربون والألياف الزجاجية في محاولة لمنع مواد نهاية الجيل من الذهاب إلى مكب النفايات.

نُشر في قسم المركبات الجزء ب: الهندسة يضمن نهجهم زيادة استعادة المواد وتحسين كفاءة الطاقة مقارنة بالطرق السابقة.

قالت د. وي، “إن المعالجة المسبقة للتحلل لا تسهل فقط الانهيار الأكبر ولكنها تحافظ أيضًا على الخصائص الميكانيكية للألياف عن طريق تقليل استهلاك الحرارة أثناء إعادة التدوير “.

الألياف المعاد تدويرها التي تم الحصول عليها من البلاستيك المقوى بألياف الكربون المعالجة مسبقًا احتفظت بما يصل إلى 90 في المائة من قوتها الأصلية ، متجاوزة قوة الألياف المستعادة من خلال التحلل الحراري وحده بنسبة 10 في المائة.

قالت الدكتورة يانينج وي، “لإثبات إمكانية تطبيق طريقتنا في العالم الحقيقي ، نجحنا في إعادة تدوير جزء من إطار دراجة وخردة طائرة مصنوعة من مركبات CFRP باستخدام نهجنا المختلط. هذه النتائج لا تثبت فقط فعالية المعالجة الكيميائية المسبقة ولكنها توضح أيضًا تحسين الميكانيكا خواص ألياف الكربون المعاد تدويرها “.

استعادة ألياف الكربون

في ورقة سابقة ، قدم الفريق أيضًا تقييمًا تفصيليًا لعشرة أنظمة مختلفة لمعالجة النفايات المركبة من الكربون والألياف الزجاجية بناءً على الكفاءة الاقتصادية والتأثيرات البيئية ، مع الأخذ في الاعتبار نوع النفايات وموقعها الجغرافي.

وجد فريق الدكتور هديغة أن التذويب – طريقة يمكن بواسطتها تكسير المواد باستخدام مذيب تحت ضغط ودرجة حرارة محددين – يمكن استعادة ألياف الكربون مع تحقيق أرباح صافية عالية.

كما أن طرق إعادة التدوير الحراري مثل الانحلال الحراري التحفيزي والتحلل الحراري المقترن بالأكسدة توفر أيضًا عائدًا اقتصاديًا مرتفعًا.

كما تبين أن طرق التحلل المذاب والطرق الكهروكيميائية تؤدي إلى انخفاض كبير في ثاني أكسيد الكربون الكربون في الغلاف الجوي مقارنة بالطمر والحرق.

فرصة كبيرة

قال الباحثون إن المصنعين يجب أن يتطلعوا إلى ما هو أبعد من إنتاج المواد البكر بشكل مستمر ، وأن يطوروا بالتوازي منتجات معاد تدويرها من مجاري نهاية عمرها الافتراضي.

قال الدكتور وي “هذه فرصة كبيرة، “وليس فقط لأن طرق إعادة التدوير المختلفة فعالة من حيث التكلفة وذات تأثير ضئيل على البيئة”،”في عصر تصاعد فيه اضطرابات سلسلة التوريد ، يمكن للمنتجات المعاد تدويرها محليًا أن توفر منتجًا فوريًا عند مقارنتها بالواردات وتخلق صناعة تصنيع متقدمة مزدهرة.

“بينما يتزايد الوعي بإعادة التدوير اليومية للمستهلكين وتسلط الأضواء على النفايات البلاستيكية ، يجب على أستراليا أن تفكر بشكل عاجل في إعادة التدوير على نطاق واسع لمواد البناء من الجيل الجديد قبل أن تتراكم كمشكلة نفايات أخرى وتوضع في” سلة صعبة للغاية “.

براءة اختراع لآلة لمحاذاة ألياف الكربون المعاد تدويرها

يعمل الفريق أيضًا على تطوير طرق لإعادة تدوير المواد المركبة، وحصل مؤخرًا على براءة اختراع لآلة لمحاذاة ألياف الكربون المعاد تدويرها بدقة ، بحيث يمكن إعادة استخدامها.

أجرى الباحثون تحليل دورة الحياة (LCA) ، وتحليل التكلفة والمزايا (CBA) وتقييمات مستوى الاستعداد التكنولوجي (TRL) لطرق معالجة النفايات المختلفة: طمر النفايات، والحرق، وإعادة التدوير الميكانيكي ، والانحلال الحراري التحفيزي، والأكسدة ، والانحلال الحراري جنبًا إلى جنب مع الأكسدة، والطبقة المميعة، التحلل باستخدام المذيبات القلوية والحمضية ، والطرق الكهروكيميائية.