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Estima-se que até 2030 os compósitos de carbono e fibra de vidro (CFRP), materiais comumente usados em pás de turbinas eólicas, tanques de hidrogênio, aviões, iates, construção e fabricação de automóveis, serão um importante fluxo de resíduos em todo o mundo.
A acumulação anual de resíduos CFRP das indústrias aeronáutica e de turbinas eólicas está projetada para atingir 840.300 toneladas até 2050 – o equivalente a 34 estádios cheios – se métodos de reciclagem adequados não forem adotados.
Embora existam métodos de reciclagem, a maior parte desses resíduos atualmente vai para aterros ou é incinerada. A produção de compósitos “virgens” também tem outras implicações para o meio ambiente, incluindo esgotamento de recursos e alta entrada de energia durante a produção.
Isso ocorre apesar da existência de vários métodos para reciclar compostos de fibra de carbono que, segundo uma equipe de pesquisa da Universidade de Sydney, se totalmente implementados, têm o potencial de reduzir significativamente o uso de energia em 70% e evitar que os principais fluxos de materiais sejam desperdiçados.
“Compósitos de fibra de carbono são considerados um material ‘maravilhoso’ – são duráveis, resistentes a intempéries e altamente versáteis – tanto que seu uso deve aumentar em pelo menos 60% apenas na próxima década”, disse o Dr. Hadigheh da Escola de Engenharia Civil. “Mas esse enorme crescimento também traz um grande aumento de resíduos. Por exemplo, estima-se que cerca de 500.000 toneladas de resíduos compostos de carbono e fibra de vidro do setor de energia renovável existirão até 2030.”
Um novo método de reciclagem
Para resolver esse problema, o Dr. Hadigheh e seu recém-formado em doutorado, Dr. Yaning Wei, desenvolveram um novo método de reciclagem para compósitos de carbono e fibra de vidro em uma tentativa de evitar que materiais de fim de geração vão para aterros sanitários. Publicado em Compósitos Parte B: Engenharia sua abordagem garante maior recuperação de material e maior eficiência energética em comparação com os métodos anteriores.
“Nossa análise cinética revelou que o CFRP pré-tratado passa por um estágio de reação adicional, permitindo uma quebra aprimorada em temperaturas mais baixas em comparação com o CFRP não tratado”, disse o Dr. Hadigheh. O pré-tratamento de solvólise não apenas facilita uma maior quebra, mas também preserva as propriedades mecânicas das fibras, reduzindo o consumo de calor durante a reciclagem.”
Fibras recicladas obtidas a partir de CFRP pré-tratado retiveram até 90 por cento de sua resistência original, superando a resistência das fibras recuperadas apenas por degradação térmica em 10 por cento.
“Para demonstrar a aplicabilidade do nosso método no mundo real, reciclamos com sucesso parte de um quadro de bicicleta e sucatas de avião feitas de compostos CFRP usando nossa abordagem híbrida. Esses resultados não apenas validam a eficácia do pré-tratamento químico, mas também demonstram a melhoria mecânica características das fibras de carbono recicladas”, disse o Dr. Hadigheh.
Recuperando fibra de carbono
Em um artigo anterior, a equipe também apresentou uma avaliação detalhada de 10 diferentes sistemas de tratamento de resíduos compósitos de carbono e fibra de vidro com base na eficiência econômica e nos efeitos ambientais, levando em consideração o tipo de resíduo e sua localização geográfica.
A equipe do Dr. Hadigheh descobriu que a solvólise – um método pelo qual os materiais podem ser decompostos com a aplicação de solvente sob uma pressão e temperatura específicas – poderia recuperar a fibra de carbono enquanto proporcionava um alto lucro líquido. Os métodos de reciclagem térmica, como a pirólise catalítica e a pirólise juntamente com a oxidação, também proporcionaram um alto retorno econômico.
A solvólise e os métodos eletroquímicos também mostraram levar a emissões de CO2 substancialmente mais baixas na atmosfera do que o aterro e a incineração.
uma grande oportunidade
Os pesquisadores disseram que os fabricantes devem olhar além da criação contínua de material virgem e, paralelamente, desenvolver produtos reciclados a partir de fluxos de fim de vida.
“Esta é uma grande oportunidade”, disse o Dr. Wei. “E não apenas porque vários modos de reciclagem são econômicos e minimamente impactantes ao meio ambiente. Em uma era de crescentes interrupções na cadeia de suprimentos, os produtos reciclados locais podem fornecer um produto mais imediato quando comparados aos importados e criar uma indústria de manufatura avançada em expansão. “
“Enquanto a conscientização sobre a reciclagem cotidiana do consumidor está aumentando e os resíduos plásticos estão no centro das atenções, a Austrália deve considerar urgentemente a reciclagem em larga escala de materiais de construção de nova geração antes que eles se tornem outro problema de resíduos e sejam colocados na ‘cesta muito difícil’”.
A equipe do Dr. Hadigheh também está desenvolvendo métodos para a reciclagem de materiais compósitos e recentemente patenteou uma máquina para alinhar com precisão as fibras de carbono recicladas, para que possam ser reaproveitadas.
Sobre a análise
Os pesquisadores conduziram avaliações de análise de ciclo de vida (LCA), análise de custo-benefício (CBA) e nível de prontidão tecnológica (TRL) dos diferentes métodos de tratamento de resíduos: aterro, incineração, reciclagem mecânica, pirólise catalítica, oxidação, pirólise combinada com oxidação, leito fluidizado , solvólise usando solventes alcalinos e ácidos e métodos eletroquímicos.
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