Innovativer Ansatz zum Kohlenstofffaserrecycling für eine grünere Zukunft

Waseda-Universität, Shinjuku, Japan

Die Welt schreitet rasant auf eine entwickelte Zukunft zu, und kohlenstofffaserverstärkte Polymere (CFK) spielen eine Schlüsselrolle bei der Ermöglichung des technologischen und industriellen Fortschritts. Diese Verbundwerkstoffe sind leicht und äußerst fest, was sie für Anwendungen in verschiedenen Bereichen, einschließlich Luft- und Raumfahrt, Automobil, Windenergieerzeugung und Sportausrüstung, wünschenswert macht.

Das Recycling von CFK stellt jedoch eine große Herausforderung dar, da die Abfallentsorgung ein dringendes Problem darstellt. Herkömmliche Recyclingmethoden erfordern eine Hochtemperaturerhitzung oder chemische Behandlungen, was zu einer hohen Umweltbelastung und erhöhten Kosten führt. Darüber hinaus war es eine Herausforderung, hochwertige Kohlenstofffasern zurückzugewinnen. In diesem Zusammenhang wurde die elektrohydraulische Fragmentierung als vielversprechende Option vorgeschlagen. Bei dieser Technik werden intensive Stoßwellenimpulse, die durch Hochspannungsentladungsplasmen erzeugt werden, entlang der Grenzflächen verschiedener Materialien angelegt, um die verschiedenen Komponenten zu trennen.

Obwohl diese Methode lukrativ ist, können wir es besser machen? Um diese Frage zu beantworten, hat ein Forscherteam der Waseda-Universität unter der Leitung von Professor Chiharu Tokoro vom Department of Creative Science and Engineering, zu dem Keita Sato, Manabu Inutsuka und Taketoshi Koita gehören, eine neuartige Direktentladungsmethode mit elektrischen Impulsen für das effiziente Recycling von CFKs entwickelt. Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlicht am 30. November 2024.

Tokoro spricht über die Motivation hinter ihrer aktuellen Arbeit und erklärt:„In unseren früheren Studien hatten wir bereits Forschungskompetenz in der Erzeugung von Stoßwellen in Wasser mithilfe elektrischer Impulsphänomene, um schwer zu verarbeitende Materialien effizient zu fragmentieren. Bei Anwendungen wie Lithium-Ionen-Batterien haben wir jedoch herausgefunden, dass Direktentladung, die Joulesche Erwärmung und Dampfausdehnung des Materials selbst nutzt, für eine hocheffiziente Trennung effektiver ist als die Verwendung von Stoßwellen. Wir wenden diesen Ansatz jetzt auf CFRP an und gehen davon aus, dass damit im Vergleich zu Strom eine effizientere Trennung erreicht werden kann.“ Methoden.“

Die elektrische Impulstechnik mit direkter Entladung nutzt die Erzeugung von Joule-Wärme, die Erzeugung von thermischer Spannung und die Expansionskraft aufgrund der Plasmaerzeugung, ohne dass eine Erwärmung oder Chemikalien erforderlich sind. Die Forscher verglichen diese Methode mit der elektrohydraulischen Fragmentierung, indem sie die entsprechenden physikalischen Eigenschaften der gewonnenen Kohlenstofffasern untersuchten, darunter Länge, Zugfestigkeit, Harzhaftung und Strukturabbau, sowie die Energieeffizienz im Hinblick auf die Fasertrennung. Sie fanden heraus, dass ihre neue Technik für die Kohlenstofffaserrückgewinnung effektiver ist. Es bewahrt relativ längere Fasern mit höherer Festigkeit und trennt CFKs präzise in einzelne Fasern, ohne dass Harzreste auf der Oberfläche zurückbleiben.

Darüber hinaus verbessert der Direktentladungsansatz die Energieeffizienz im Vergleich zu herkömmlichen Alternativen um mindestens den Faktor 10, reduziert gleichzeitig die Umweltbelastung und fördert die Ressourcennutzung.

Daher wird erwartet, dass diese Technologie das CFK-Recycling beschleunigen und erheblich zur Entwicklung einer nachhaltigen Gesellschaft beitragen wird. Laut Tokoro „haben unsere Forschungsergebnisse zahlreiche Anwendungen, die sich auf das Recycling von CFK aus verbrauchten Flugzeugkomponenten, Autoabfällen und Rotorblättern von Windkraftanlagen beziehen. Somit unterstützt die vorliegende Innovation die Nachhaltigkeit in allen Branchen, indem sie eine effiziente Ressourcenrückgewinnung ermöglicht und die Umweltbelastung reduziert.“

Insgesamt wird erwartet, dass diese Arbeit die Ziele der Vereinten Nationen für nachhaltige Entwicklung in den Bereichen Industrie, Innovation und Infrastruktur (SDG 9) und verantwortungsvoller Konsum und Produktion (SDG 12) vorantreibt.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Armand Aponte unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt. Sie müssen JavaScript aktivieren, damit Sie es sehen können.; +81 368-690-056.