włókno węglowe: Materiał wonder z brudną tajemnicą
włókno węglowe jest coraz częściej uznawane za materiał wonder dla czystej gospodarki. Jego unikalne połączenie wysokiej wytrzymałości i niskiej wagi pomogło napędzać rewolucję w energetyce wiatrowej i uczynić samoloty bardziej oszczędnymi.
łopatki turbin z włókna węglowego mogą być dłuższe i bardziej sztywne niż tradycyjne modele z włókna szklanego, dzięki czemu są bardziej odporne na morzu i bardziej wydajne w mniej przewiewnych warunkach.
producenci samochodów również dostrzegają potencjał materiału do produkcji lżejszych i bardziej wydajnych pojazdów. McLaren ogłosił niedawno plany otwarcia fabryki w Sheffield, która będzie produkować sportowe samochody z włókna węglowego. BMW i3 wyposażono w jednostkę pasażerską Z Włókna Węglowego – pierwszy tak masowo produkowany samochód.
ale włókno węglowe ma brudną tajemnicę: Materiał hi-tech jest marnotrawny w produkcji i trudny do recyklingu.
nadmiar odpadów na wysypisko
aby stać się mocnym, lekkim materiałem kompozytowym, które kochają przemysł, włókno węglowe łączy się z plastikową żywicą polimerową. Ale proces produkcji, w którym arkusze materiału kompozytowego są często układane ręcznie, jest marnotrawstwem.
zanim zostaną przycięte do rozmiaru, prawie jedna trzecia tych arkuszy z włókna węglowego trafia na hale produkcyjne, według firmy recyklingowej ELG Carbon Fibre. Tam, gdzie materiał przerabia się na produkty, większość z nich ostatecznie trafi na wysypisko, mówi firma.
w lutym raport (pdf) organizacji charytatywnej Green Alliance wymienił włókno węglowe jako jeden z kilku nowatorskich materiałów, które mogą powodować problemy z odpadami w przyszłości, chyba że podjęte zostaną szybkie działania w celu przygotowania go do recyklingu i ponownego użycia.
naukowcy i startupy ścigają się, aby rozwiązać tę zagadkę. Jeśli uda im się przekierować włókno węglowe ze składowisk odpadów, mogą otworzyć bramy do wykorzystania z recyklingu włókna węglowego w samochodach, rowerach i dziesiątkach innych zastosowań. Mogą również zaoszczędzić dużo energii, ponieważ produkcja materiału pierwotnego jest najbardziej energochłonną częścią procesu.
kluczowym problemem jest to, że włókna węglowego nie można po prostu stopić i zreformować jak aluminium. Kompozyty z włókna węglowego swoją wytrzymałość uzyskują dzięki długim, precyzyjnie ustawionym włóknom węglowym, osadzonym w klejącym polimerze utwardzanym w wysokich temperaturach i ciśnieniach. Po utwardzeniu większość tych twardych polimerów nie topi się i musi zostać spalona lub chemicznie rozpuszczona, aby odzyskać cenne włókna.
w swoim zakładzie w pobliżu Dudley, west Midlands, ELG Carbon Fibre od 2009 roku recykluje włókno węglowe poprzez spalanie polimerów. Vartega, startup z siedzibą w Kolorado, który rozwija się jako centrum technologii z włóknami węglowymi, robi coś podobnego z chemikaliami.
oba powodują, że włókna są krótsze i bardziej pomieszane niż nowe, co zmniejsza ich zdolność do przenoszenia dużych obciążeń, mówi Steve Pickering, dyrektor inżynierii mechanicznej, materiałów i produkcji na Uniwersytecie w Nottingham.
Włókno Węglowe z recyklingu często trafia do rakiet tenisowych i kijów golfowych, gdzie niska waga (i wyrzut włókna węglowego) jest ważniejsza niż wytrzymałość, mówi Pickering. “To nadal dobry materiał, ale nie jest o wiele lepszy niż inne tanie materiały, takie jak aluminium i inne kompozyty”, dodaje.
przyszłość włókien węglowych
zespół badawczy Pickeringa pracuje nad sposobem rozproszenia włókien pochodzących z recyklingu w cieczy i wyrównania ich poprzez przepychanie ich przez małą dyszę. Uważa, że proces ten ostatecznie doprowadzi do recyklingu włókna węglowego, które jest wystarczająco mocne do użytku w przemyśle motoryzacyjnym.
bardziej wydajny recykling może mieć również duże konsekwencje dla kosztów, mówi. Jak wynika z badań (pdf) firmy Jaguar Land Rover, włókno węglowe jako materiał na części samochodowe kosztuje obecnie 20 razy więcej niż stal i 10 razy więcej niż aluminium.
Chris Kaffer, CEO Mallindy z siedzibą w Kolorado, startupu pracującego nad włóknem węglowym, zgadza się, że istnieje możliwość obniżenia kosztów. Firma opracowała nowy polimer, który może być ponownie formowany i naprawiany w niższych temperaturach, a – ponieważ jest łatwy do zmiany kształtu-pozwoliłby na wytłoczenie części samochodowych z włókna węglowego w czasie krótszym niż minuta, a nie kilka godzin, które proces może obecnie trwać.
“przewidujemy obniżenie kosztów włókna węglowego poprzez stworzenie rynku wtórnego na potrzeby włączania włókien pochodzących z recyklingu do nowych produktów”, mówi Kaffer.
to się nie stanie z dnia na dzień. Najwięksi producenci samochodów w przeszłości okazywali się powolni w przyjmowaniu nowych materiałów: na przykład zmiana podwozia pickupa F-150 ze stalowego na aluminiowe zajęła Fordowi sześć lat i kosztowała miliard dolarów.
“Ponadto mamy 50 lat tradycyjnej chemii włókien węglowych i rozwoju, aby nadrobić zaległości”, mówi Kaffer.
dobra wiadomość jest taka, że produkty z włókna węglowego trwają długo: obecna generacja łopat turbin wiatrowych i pojazdów elektrycznych nie trafi na złomowisko przez co najmniej kolejną dekadę. Być może do czasu, gdy druga generacja przejdzie na emeryturę, będziemy mieli lepsze miejsce na umieszczenie ich cennych włókien węglowych niż dziura w ziemi.
Zarejestruj się, aby zostać członkiem Guardian Sustainable Business i co tydzień otrzymuj więcej takich historii bezpośrednio na swoją skrzynkę odbiorczą. Możesz również śledzić nas na Twitterze.
{{topLeft}}
{{bottomLeft}}
{{topRight}}
{{bottomRight}}
{{/goalExceededMarkerPercentage}}
{{/ticker}}
{{heading}}
{{#paragraphs}}
{{.}}
{{/paragraphs}}{{highlightedText}}
- Udostępnij na Facebooku
- Udostępnij na Twitterze
- Udostępnij przez e-mail
- Udostępnij na LinkedIn
- Udostępnij na Pinterest
- Udostępnij na WhatsApp
- Udostępnij na Messenger
