När kolfiber blir vanligt, hur kommer den att återvinnas?

Kolfiberförstärkta polymerer (CFRP) består av starka fibrer i en plastmatris. De används bland annat i flygplan, fordon och vindturbiner. När produkterna kasseras är det svårt att skilja fibrerna från härdad epoxi. En studie i Scientific Reports från 2024 jämför två metoder som använder elektriska pulser för att återvinna fibrerna.

Varför är kompositmaterial svåra att återvinna?

Mekanisk sönderdelning kan förkorta fibrerna. Värmebehandling och kemiska processer har olika kompromisser när det gäller energi, utrustning, utsläpp och fiberkvalitet. För vidare användning är fibrernas längd och draghållfasthet samt mängden kvarvarande harts viktiga. Ingen metod ger automatiskt fibrer som motsvarar helt nya fibrer i alla tillämpningar.

Direkt urladdning och elektrohydraulisk fragmentering

I originalstudien leddes en direkt elektrisk urladdning (DD) genom kompositlaminatet via elektroder som låg an mot materialet. Värmen i laminatet hjälpte till att skilja hartset från fibrerna. Vid elektrohydraulisk fragmentering (EHF) skedde urladdningen i vatten, där tryckvågor slog sönder materialet. Metoderna påverkar därför fibrerna på olika sätt.

Källa: Scientific Reports

Vad visade försöken?

Forskarna använde åtta millimeter tjocka CFRP-laminat. Fibrerna från DD hade en uppmätt draghållfasthet på ungefär 5,1 GPa, jämfört med 2,6 GPa för EHF och 6,3 GPa för ursprungsfibrerna. Det motsvarar cirka 81 respektive 40 procent av ursprunglig styrka. Rester av harts utgjorde omkring 20 viktprocent på DD-fibrerna och 34 procent på EHF-fibrerna; det ursprungliga laminatet innehöll 36 procent harts. DD gav också längre fibrer under de undersökta förhållandena.

Provbitar och antal pulser skilde sig mellan försöksuppställningarna, bland annat på grund av EHF-utrustningens storlek. Resultatet visar en fördel för DD i just dessa tester. Det bevisar inte att industriell kolfiberåtervinning generellt förbrukar en tredjedel så mycket energi; den siffra som nämns i ursprungsartikeln kommer från tidigare försök med andra material.

Från laboratoriet till återanvändning

Återvunna fibrer är inte sammanhängande och kan kräva sortering och vidare bearbetning. Kostnader, restprodukter, elsäkerhet och jämn kvalitet måste undersökas i större processer. Resultaten innebär inte att alla återvunna DD-fibrer direkt kan användas i bärande flygplansdelar.

Forskare och företag

Chiharu Tokoro är studiens förstaförfattare. Clearway Energy är ett separat energibolag och anges inte ha deltagit i experimentet. Studien är ingen prognos för bolagets intäkter eller aktie.

Clearway Energy

Direkt urladdning gav i laboratorieförsöken längre och starkare fibrer med mindre kvarvarande harts än elektrohydraulisk fragmentering. Industriell användning kräver fler tester.

Studie

Tokoro, C. m.fl. (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.