Fibra di carbonio: il materiale miracoloso con un segreto sporco
La fibra di carbonio è sempre più celebrata come materiale miracoloso per l’economia pulita. La sua combinazione unica di alta resistenza e peso ridotto ha contribuito a guidare la rivoluzione dell’energia eolica e rendere gli aerei più efficienti in termini di carburante.
Le pale delle turbine in fibra di carbonio possono essere più lunghe e rigide rispetto ai modelli tradizionali in fibra di vetro, rendendole più resistenti in mare e più efficienti in condizioni meno ventilate.
I produttori di auto si stanno anche svegliando al potenziale del materiale per rendere i veicoli più leggeri e più efficienti. La McLaren ha recentemente annunciato l’intenzione di aprire una fabbrica a Sheffield per la produzione di auto sportive in fibra di carbonio, e la i3 di BMW è dotata di un’unità passeggeri in fibra di carbonio, la prima auto prodotta in serie.
Ma la fibra di carbonio ha un segreto sporco: il materiale hi-tech è dispendioso da produrre e difficile da riciclare.
Rifiuti in eccesso per discarica
Per diventare il forte, leggero materiale composito industrie amore, fibra di carbonio è combinato con una resina polimerica plastica. Ma il processo di produzione, in cui i fogli di materiale composito sono spesso disposti a mano, è dispendioso.
Nel momento in cui sono stati tagliati a misura, quasi un terzo di questi fogli in fibra di carbonio finisce sui pavimenti della fabbrica, secondo la società di riciclaggio ELG Carbon Fiber. Dove il materiale lo rende in prodotti, la maggior parte di esso finirà in discarica, dice l’azienda.
Un rapporto (pdf) di febbraio dell’associazione ambientalista Green Alliance ha elencato la fibra di carbonio come uno dei tanti nuovi materiali che potrebbero creare problemi di rifiuti in futuro a meno che non si intraprenda un’azione rapida per renderla pronta per il riciclaggio e il riutilizzo.
Ricercatori e startup stanno correndo per risolvere questo enigma. Se riuscissero a deviare la fibra di carbonio dalla discarica, potrebbero aprire i cancelli per l’uso della fibra di carbonio riciclata in auto, biciclette e per decine di altre applicazioni. Potrebbero anche risparmiare molta energia poiché la produzione di materiale vergine è la parte più energivora del processo.
Il problema principale è che la fibra di carbonio non può essere semplicemente fusa e riformata come l’alluminio. I compositi in fibra di carbonio ottengono la loro resistenza da fibre di carbonio lunghe e allineate con precisione, fissate all’interno di un polimero simile alla colla che viene curato ad alte temperature e pressioni. Una volta indurito, la maggior parte di questi polimeri resistenti non si scioglierà e dovrà essere bruciata o disciolta chimicamente per recuperare le preziose fibre.
Nel suo stabilimento vicino a Dudley, West Midlands, ELG Carbon Fibre ricicla la fibra di carbonio dal 2009 bruciando i polimeri. Vartega, una startup con sede in Colorado, che sta emergendo come un hub tecnologico in fibra di carbonio, fa qualcosa di simile con i prodotti chimici.
Entrambi si traducono in fibre più corte e più confuse di quelle nuove, riducendo la loro capacità di sopportare carichi pesanti, afferma Steve Pickering, responsabile dell’ingegneria meccanica, dei materiali e della produzione presso l’Università di Nottingham.
La fibra di carbonio riciclata finisce spesso nelle racchette da tennis e nelle mazze da golf, dove il peso ridotto (e il cachet della fibra di carbonio) è più importante della forza, afferma Pickering. “È ancora un buon materiale, ma non è molto meglio di altri materiali economici là fuori come l’alluminio e altri compositi”, aggiunge.
Futuro della fibra di carbonio
Il team di ricerca di Pickering sta lavorando a un modo per disperdere le fibre riciclate nel liquido e riallinearle forzandole attraverso un piccolo ugello. Pensa che il processo alla fine porterà alla fibra di carbonio riciclata che è abbastanza forte per l’uso automobilistico.
Un riciclaggio più efficiente potrebbe avere grandi implicazioni anche per i costi, afferma. Come materiale per le parti di automobili, la fibra di carbonio costa attualmente 20 volte di più dell’acciaio e 10 volte di più dell’alluminio, secondo la ricerca (pdf) di Jaguar Land Rover.
Chris Kaffer, CEO di Mallinda con sede in Colorado, una startup che lavora sulla fibra di carbonio, concorda sulla possibilità di ridurre i costi. L’azienda ha sviluppato un nuovo polimero che può essere rimodellato e riparato a temperature più basse e – poiché è facile da rimodellare-consentirebbe di stampare le parti di automobili in fibra di carbonio in meno di un minuto piuttosto che le diverse ore che il processo può attualmente richiedere.
“Prevediamo di ridurre il costo della fibra di carbonio creando un mercato secondario per l’incorporazione di fibre riciclate in nuovi prodotti”, afferma Kaffer.
Ciò non accadrà durante la notte. Le principali case automobilistiche hanno dimostrato in passato lento ad abbracciare nuovi materiali: cambiare il telaio del pickup F-150 dall’acciaio all’alluminio, ad esempio, ha richiesto a Ford sei anni e costa un miliardo di dollari.
“Inoltre, abbiamo 50 anni di chimica e sviluppo tradizionali della fibra di carbonio da recuperare”, afferma Kaffer.
La buona notizia è che i prodotti in fibra di carbonio durano a lungo: l’attuale generazione di pale eoliche e veicoli elettrici non si dirigerà verso il cantiere per almeno un altro decennio. Forse quando la seconda generazione andrà in pensione, avremo un posto migliore per mettere le loro preziose fibre di carbonio piuttosto che un buco nel terreno.
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