Các nhà nghiên cứu tại Đại học Sydney đã phát triển các phương pháp mới để giải quyết nguồn chất thải chính trong tương lai từ ngành công nghiệp ô tô, hàng không vũ trụ và tái tạo.
Sản phẩm tái chế
Người ta ước tính rằng vào năm 2030, vật liệu tổng hợp sợi thủy tinh và carbon (CFRP), những vật liệu thường được sử dụng trong cánh tuabin gió, bình chứa hydro, máy bay, du thuyền, xây dựng và sản xuất ô tô, sẽ là dòng chất thải chính trên toàn thế giới.
Chỉ riêng lượng chất thải CFRP tích lũy hàng năm từ ngành công nghiệp máy bay và tua-bin gió được dự đoán sẽ đạt 840.300 tấn vào năm 2050—tương đương với 34 sân vận động đầy đủ—nếu các phương pháp tái chế phù hợp không được áp dụng.
Mặc dù các phương pháp tái chế vẫn tồn tại, nhưng hầu hết chất thải này hiện đang được chôn lấp hoặc đốt. Việc sản xuất vật liệu tổng hợp "trinh nữ" cũng có ý nghĩa hơn đối với môi trường, bao gồm cạn kiệt tài nguyên và đầu vào năng lượng cao trong quá trình sản xuất.
Điều này bất chấp sự tồn tại của nhiều phương pháp tái chế vật liệu tổng hợp sợi carbon mà một nhóm nghiên cứu tại Đại học Sydney cho biết, nếu được thực hiện đầy đủ, có khả năng giảm đáng kể mức sử dụng năng lượng tới 70% và ngăn chặn các dòng vật liệu chính bị lãng phí.
"Các vật liệu tổng hợp sợi carbon được coi là một vật liệu 'kỳ diệu' — chúng bền, chống lại thời tiết và rất linh hoạt — đến mức việc sử dụng chúng được dự đoán sẽ tăng ít nhất 60% chỉ trong thập kỷ tới," Tiến sĩ Hadigheh từ trường Kỹ thuật Xây dựng. "Nhưng sự tăng trưởng mạnh mẽ này cũng kéo theo sự gia tăng lớn về chất thải. Chẳng hạn, người ta ước tính rằng khoảng 500.000 tấn chất thải tổng hợp sợi carbon và sợi thủy tinh từ lĩnh vực năng lượng tái tạo sẽ tồn tại vào năm 2030."
Phương pháp tái chế mới
Để giải quyết vấn đề này, Tiến sĩ Hadigheh và bằng tiến sĩ gần đây của ông. tiến sĩ tốt nghiệp Yaning Wei đã phát triển một phương pháp tái chế mới cho vật liệu tổng hợp carbon và sợi thủy tinh nhằm ngăn chặn các vật liệu cuối thế hệ bị chôn lấp. Được xuất bản trong Vật liệu tổng hợp Phần B: Kỹ thuật, phương pháp của họ đảm bảo tăng khả năng thu hồi vật liệu và cải thiện hiệu quả năng lượng so với các phương pháp trước đây.
Tiến sĩ Hadigheh cho biết: "Phân tích động học của chúng tôi cho thấy CFRP được xử lý trước trải qua một giai đoạn phản ứng bổ sung, cho phép tăng cường phân hủy ở nhiệt độ thấp hơn so với CFRP chưa được xử lý". "Việc xử lý trước bằng dung môi không chỉ tạo điều kiện cho sự phân hủy lớn hơn mà còn bảo tồn các tính chất cơ học của sợi bằng cách giảm tiêu thụ nhiệt trong quá trình tái chế."
Các sợi tái chế thu được từ CFRP đã được xử lý trước giữ lại tới 90% độ bền ban đầu của chúng, vượt qua 10% độ bền của các sợi được phục hồi thông qua quá trình phân hủy nhiệt.
"Để chứng minh khả năng ứng dụng trong thế giới thực của phương pháp của chúng tôi, chúng tôi đã tái chế thành công một phần khung xe đạp và phế liệu máy bay làm bằng vật liệu tổng hợp CFRP bằng cách sử dụng phương pháp lai của chúng tôi. Những kết quả này không chỉ xác nhận tính hiệu quả của việc xử lý trước bằng hóa chất mà còn chứng minh sự cải thiện cơ học Tiến sĩ Hadigheh cho biết các đặc tính của sợi carbon tái chế.
Tiến sĩ Yaning Wei, người đã hoàn thành bằng tiến sĩ
Thu hồi sợi carbon
Trong bài báo trước , nhóm nghiên cứu cũng đã trình bày đánh giá chi tiết về 10 hệ thống xử lý chất thải composite sợi thủy tinh và carbon khác nhau dựa trên hiệu quả kinh tế và tác động môi trường , có tính đến loại chất thải và vị trí địa lý của nó.
Nhóm của Tiến sĩ Hadigheh đã phát hiện ra rằng quá trình hòa tan - một phương pháp mà theo đó các vật liệu có thể được phân hủy bằng cách sử dụng dung môi dưới một áp suất và nhiệt độ cụ thể - có thể thu hồi sợi carbon đồng thời mang lại lợi nhuận ròng cao. Các phương pháp tái chế nhiệt như nhiệt phân xúc tác và nhiệt phân kết hợp với quá trình oxy hóa cũng mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Các phương pháp hòa tan và điện hóa cũng được chứng minh là dẫn đến lượng khí thải CO 2 vào khí quyển thấp hơn đáng kể so với chôn lấp và đốt.
Một cơ hội lớn
Các nhà nghiên cứu cho rằng các nhà sản xuất nên nhìn xa hơn việc liên tục tạo ra vật liệu nguyên chất và song song đó, phát triển các sản phẩm tái chế từ các dòng sản phẩm cuối vòng đời.
Tiến sĩ Wei nói: “Đây là một cơ hội lớn. "Và không chỉ vì các phương thức tái chế khác nhau có hiệu quả về chi phí và tác động tối thiểu đến môi trường."
"Trong thời đại gián đoạn chuỗi cung ứng ngày càng gia tăng, các sản phẩm tái chế trong nước có thể cung cấp sản phẩm ngay lập tức hơn so với hàng nhập khẩu và tạo ra một ngành sản xuất tiên tiến đang phát triển.
"Trong khi nhận thức về việc tái chế hàng ngày của người tiêu dùng ngày càng tăng và rác thải nhựa đang được chú ý, Úc phải khẩn trương xem xét việc tái chế trên diện rộng các vật liệu xây dựng thế hệ mới trước khi chúng trở thành một vấn đề rác thải khác và bị đưa vào 'rổ quá cứng'."
Nhóm của Tiến sĩ Hadigheh cũng đang phát triển các phương pháp tái chế vật liệu composite và gần đây đã được cấp bằng sáng chế cho một chiếc máy để sắp xếp chính xác các sợi carbon tái chế để chúng có thể được tái sử dụng.
Các nhà nghiên cứu đã tiến hành phân tích vòng đời (LCA), phân tích lợi ích chi phí (CBA) và đánh giá mức độ sẵn sàng công nghệ (TRL) của các phương pháp xử lý chất thải khác nhau : chôn lấp, đốt, tái chế cơ học , nhiệt phân xúc tác, oxy hóa, nhiệt phân kết hợp oxy hóa, tầng sôi. , hòa tan bằng dung môi kiềm và axit, và phương pháp điện hóa.
