Man mano che la fibra di carbonio diventa comune, come verrà riciclata?

I polimeri rinforzati con fibra di carbonio (CFRP) combinano fibre resistenti e una matrice di resina. Sono impiegati, fra l’altro, in aeronautica, veicoli e turbine eoliche. Separare le fibre dalla resina a fine vita è difficile, soprattutto quando si tratta di resina epossidica termoindurente. Uno studio pubblicato su Scientific Reports nel 2024 confronta due tecniche a impulsi elettrici per recuperare le fibre.

La sfida del riciclo dei compositi

La macinazione tende ad accorciare le fibre, mentre il trattamento termico o con solventi comporta compromessi fra qualità delle fibre, consumo energetico, attrezzature ed emissioni. Non esiste un’unica perdita di resistenza valida per ogni processo: lo studio cita intervalli diversi per pirolisi e trattamenti chimici. Il valore delle fibre recuperate dipende dalla loro lunghezza, dalla resistenza e dalla quantità di resina rimasta sulla superficie.

Due tipi di scarica elettrica

Nella ricerca originale, la scarica diretta (DD) fa passare impulsi ad alta tensione attraverso il laminato a contatto con gli elettrodi. Il calore prodotto nel materiale contribuisce a separare la resina dalle fibre. La frammentazione elettroidraulica (EHF) genera invece scariche nell’acqua: le onde d’urto frantumano il composito. I due metodi non hanno lo stesso meccanismo né producono fibre della stessa qualità.

Fonte: Scientific Reports

Risultati delle prove

Gli autori hanno testato laminati di CFRP spessi 8 mm. Nelle fibre recuperate, la resistenza a trazione media era di circa 5,1 GPa con DD e 2,6 GPa con EHF, rispetto a 6,3 GPa delle fibre iniziali: rispettivamente circa l’81% e il 40% della resistenza originale. La quota di resina rimasta sulle fibre era circa il 20% con DD e il 34% con EHF, contro il 36% nel laminato iniziale. La scarica diretta ha inoltre permesso di recuperare fibre più lunghe nelle condizioni provate.

Le geometrie dei campioni e le condizioni degli impulsi erano diverse per i due sistemi, anche per i limiti dell’apparecchiatura EHF. I risultati indicano un vantaggio della DD in questa comparazione, ma non dimostrano automaticamente un consumo energetico pari a un terzo per il riciclo industriale: quel rapporto, citato nel testo inglese, proveniva da precedenti esperimenti su altri materiali.

Applicazioni e passaggio alla scala industriale

Le fibre recuperate non sono continue e potrebbero richiedere ulteriore taglio e lavorazione prima del riutilizzo. Occorre valutare costi, sicurezza elettrica, trattamento dei residui, qualità costante e impatto ambientale a scala reale. Lo studio non prova che ogni fibra DD possa tornare in componenti strutturali aeronautici.

Ricercatori e società citata

La prima autrice è Chiharu Tokoro. Clearway Energy è una società energetica distinta e non è indicata come partecipante a questo esperimento. Il lavoro sulle fibre composite non fornisce una previsione per la sua attività o per il titolo.

Clearway Energy

Conclusione

In questa prova la scarica diretta ha recuperato fibre più lunghe e resistenti, con meno resina residua, rispetto alla frammentazione elettroidraulica. Il potenziale industriale richiede ulteriori verifiche.

Studio:

Tokoro, C. e altri (2024). Efficient recovery of carbon fibers from carbon fiber-reinforced polymers using direct discharge electrical pulses. Scientific Reports 14, 29762. doi:10.1038/s41598-024-76955-0.