kolfiber: wonder material med en smutsig hemlighet
kolfiber firas alltmer som ett wonder material för den rena ekonomin. Dess unika kombination av hög hållfasthet och låg vikt har hjälpt till att driva vindkraftsrevolutionen och göra planen mer bränsleeffektiva.
Kolfiberturbinblad kan vara längre och styvare än traditionella glasfibermodeller, vilket gör dem mer motståndskraftiga till sjöss och effektivare under mindre blåsiga förhållanden.
biltillverkare vaknar också upp till materialets potential att göra lättare och effektivare fordon. McLaren tillkännagav nyligen planer på att öppna en fabrik i Sheffield för att tillverka sportbilar i kolfiber, och BMWs i3 är utrustad med en passagerarenhet i kolfiber – den första massproducerade bilen.
men kolfiber har en smutsig hemlighet: det högteknologiska materialet är slöseri att producera och svårt att återvinna.
överskottsavfall för deponi
för att bli den starka, lätta kompositmaterialindustrin kärlek kombineras kolfiber med ett plastpolymerharts. Men tillverkningsprocessen, där ark av kompositmaterial ofta läggs upp för hand, är slöseri.
när de har trimmats till storlek hamnar nästan en tredjedel av dessa kolfiberark på fabriksgolv, enligt återvinningsföretaget ELG Carbon Fibre. Där materialet gör det till produkter kommer det mesta i slutändan att hamna i deponi, säger företaget.
en rapport (pdf) i februari från miljöorganisationen Green Alliance listade kolfiber som ett av flera nya material som kan skapa avfallsproblem i framtiden om inte snabba åtgärder vidtas för att göra den redo för återvinning och återanvändning.
forskare och startups tävlar för att lösa detta problem. Om de kan avleda kolfiber från deponi kan de öppna portarna för användning av återvunnen kolfiber i bilar, cyklar och för dussintals andra applikationer. De kan också spara mycket energi eftersom produktionen av jungfruligt material är den mest energiintensiva delen av processen.
det viktigaste problemet är att kolfiber inte bara kan smältas ner och reformeras som aluminium. Kolfiberkompositer får sin styrka från långa, exakt inriktade kolfibrer, fixerade i en limliknande polymer som härdas vid höga temperaturer och tryck. När de härdats smälter de flesta av dessa hårda polymerer inte och måste brännas av eller kemiskt lösas för att återvinna de värdefulla fibrerna.
i sin anläggning nära Dudley, west Midlands, har ELG Carbon Fibre återvunnit kolfiber sedan 2009 genom att bränna bort polymererna. Vartega, en start baserad i Colorado, som framträder som ett kolfibertekniskt nav, gör något liknande med kemikalier.
båda resulterar i fibrer som är kortare och mer röriga än nya, vilket minskar deras förmåga att bära tunga laster, säger Steve Pickering, chef för mekanik, material och tillverkningsteknik vid University of Nottingham.
återvunnen kolfiber hamnar ofta i tennisracketar och golfklubbor, där låg vikt (och cachet av kolfiber) är viktigare än styrka, säger Pickering. “Det är fortfarande ett bra material men det är inte så mycket bättre än andra billiga material där ute som aluminium och andra kompositer,” tillägger han.
Future of carbon fibre
Pickerings forskargrupp arbetar på ett sätt att sprida återvunna fibrer i vätska och justera dem genom att tvinga det genom ett litet munstycke. Han tror att processen i slutändan kommer att leda till återvunnen kolfiber som är tillräckligt stark för fordonsbruk.
effektivare återvinning kan också få stora konsekvenser för kostnaden, säger han. Som material för Bildelar kostar kolfiber för närvarande 20 gånger mer än stål och 10 gånger mer än aluminium, enligt forskning (pdf) från Jaguar Land Rover.
Chris Kaffer, VD för Colorado-baserade Mallinda, en start som arbetar med kolfiber, håller med om att det finns utrymme för att sänka kostnaderna. Företaget har utvecklat en ny polymer som kan omformas och repareras vid lägre temperaturer och – eftersom det är lätt att omforma – skulle tillåta kolfiberbildelar att stämplas ut på mindre än en minut snarare än de flera timmar som processen för närvarande kan ta.
“vi ser för oss att minska kostnaden för kolfiber genom att skapa en andrahandsmarknad för införlivande av återvunna fibrer i nya produkter”, säger Kaffer.
det kommer inte att hända över en natt. De stora biltillverkarna har tidigare visat sig långsamma för att omfamna nya material: att byta F-150 pickupens chassi från stål till aluminium tog till exempel Ford sex år och kostade en miljard dollar.
“Plus, vi har 50 års traditionell kolfiberkemi och utveckling att komma ikapp”, säger Kaffer.
den goda nyheten är att kolfiberprodukter håller länge: den nuvarande generationen vindturbinblad och elfordon kommer inte att gå till wrecking yard i minst ett decennium. Kanske när den andra generationen går i pension, kommer vi att ha någonstans bättre att lägga sina dyrbara kolfibrer än ett hål i marken.
registrera dig för att bli medlem i Guardian Sustainable Business och få fler historier som detta direkt till din inkorg varje vecka. Du kan också följa oss på Twitter.
{{topLeft}}
{{bottomLeft}}
{{topRight}}
{{bottomRight}}
{{/goalExceededMarkerPercentage}}
{{/ticker}}
{{heading}}
{{#paragraphs}}
{{.}}
{{/paragraphs}}{{highlightedText}}
- Dela på Facebook
- Dela på Twitter
- dela via e-post
- Dela på LinkedIn
- Dela på Pinterest
- Dela på WhatsApp
- Dela på Messenger
