Etter hvert som karbonfiber blir vanlig, hvordan vil den bli resirkulert?

Karbonfiberforsterkede polymerer (CFRP) består av sterke fibre bundet i en plastmatrise. De brukes blant annet i fly, kjøretøy og vindturbiner. Når produktene kasseres, er det vanskelig å skille fibrene fra herdet epoksy. En studie i Scientific Reports fra 2024 sammenligner to metoder med elektriske pulser for å gjenvinne fibrene.

Hvorfor er kompositter vanskelige å gjenvinne?

Mekanisk kverning forkorter ofte fibrene. Varmebehandling og kjemiske metoder har ulike kompromisser knyttet til energi, utstyr, utslipp og fiberkvalitet. Tapet av styrke er ikke det samme for alle metoder. For videre bruk er fibrenes lengde og strekkfasthet samt mengden harpiks på overflaten viktige.

Direkte og indirekte elektriske utladninger

I originalstudien ble direkte utladning (DD) sendt gjennom komposittlaminatet via elektroder i kontakt med materialet. Varme dannet i materialet bidro til å skille harpiks og fibre. Ved elektrohydraulisk fragmentering (EHF) skjedde utladningene i vann, slik at sjokkbølger knuste laminatet. Forskjellen i virkemåte påvirket kvaliteten på fibrene som kunne hentes ut.

Kilde: Scientific Reports

Hva viste forsøkene?

Forskerne brukte CFRP-laminater med tykkelse 8 mm. Fibrene fra DD hadde en målt strekkfasthet på omtrent 5,1 GPa, mot 2,6 GPa fra EHF og 6,3 GPa i utgangsfibrene. Det tilsvarer cirka 81% og 40% av opprinnelig styrke. Harpiksrester utgjorde omkring 20 vektprosent på DD-fibrene og 34% på EHF-fibrene, sammenlignet med 36% harpiks i det opprinnelige laminatet. DD ga også lengre fibre under de undersøkte betingelsene.

Prøvestykkene og antallet pulser var forskjellige mellom oppsettene, blant annet på grunn av størrelsen på EHF-utstyret. Sammenligningen viser en fordel for DD i disse testene. Den beviser ikke at industriell karbonfibergjenvinning generelt bruker en tredel av energien: dette tallet gjaldt tidligere forsøk med andre materialer.

Fra laboratoriet til gjenbruk

De gjenvunne fibrene er ikke sammenhengende og kan trenge videre sortering og kutting. Kostnader, håndtering av restmaterialer, elsikkerhet og jevn kvalitet må vurderes i større prosesser. Resultatene betyr ikke at alle DD-fibre uten videre kan brukes i bærende flydeler.

Forskere og selskap

Chiharu Tokoro er studiens førsteforfatter. Clearway Energy er et separat energiselskap og oppgis ikke å ha deltatt i forsøket. Forskningsresultatet er ikke en prognose for selskapets inntekter eller aksje.

Clearway Energy

Konklusjon

Direkte utladning ga i disse forsøkene lengre og sterkere fibre med mindre gjenværende harpiks enn elektrohydraulisk fragmentering. Industriell anvendelse krever flere tester.

Studie:

Tokoro, C. et al. (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.