Recyclage des composites — plus d'excuses

En avril 2016, j'ai rédigé une chronique intitulée « Peut-on rendre la fibre de carbone recyclée sexy ? ». Il a été écrit après avoir vu un panneau de toit sur une BMW i8 au Salon international de l'auto de l'Amérique du Nord à Détroit, qui a été fabriqué à partir d'un tapis de fibre de carbone visible et à revêtement transparent, récupéré et réutilisé à partir de boutures dans le processus de fabrication de composites de BMW. Cela montrait une réflexion prospective importante à l'époque, car tous les autres exemples de fibre de carbone visible exposés au salon étaient des tissus tissés, donnant le « look » classique de la fibre de carbone sous leurs finitions claires.

Beaucoup de choses se sont passées depuis lors, alors que diverses technologies de recyclage des composites ont mûri et ont engendré de multiples entrants. Le recyclage des composites a également attiré des investissements de fonds de capital-risque ainsi que d'investisseurs stratégiques, tels que Hexcel (Stamford, CT, États-Unis) prenant une participation au capital de Carbon Conversions Inc. (Lake City, SC, États-Unis) en 2016 et en décembre 2018. annonce de la prise de participation de Mitsubishi Corp. (Tokyo, Japon) à hauteur de 25 % dans ELG Carbon Fiber Ltd. (Coseley, UK). Le plus important est peut-être la liste croissante d'applications finales incorporant des matériaux composites recyclés, des plaques d'égout aux bancs de parc en passant par les matériaux pour l'impression 3D, entre autres.

À CompositesWorld Conférence sur la fibre de carbone en décembre 2018, des conférenciers d'ELG, Vartega Inc. (Golden, CO, États-Unis) et du Composite Recycling Technology Center (CRTC, Port Angeles, WA, États-Unis) ont présenté les propriétés des matériaux des composites recyclés (qui sont comparables, ils disons, à ceux de matière vierge) ainsi que les applications d'utilisation finale déjà créées cela pourrait entraîner une demande importante.

Le recyclage des composites et des déchets de matériaux composites a deux objectifs principaux :le premier est d'éviter de mettre les déchets dans les décharges, et le second, et peut-être plus important, est de trouver des moyens de récupérer et de réutiliser ces matériaux dans des applications utiles (et rentables). Mais quelles méthodes permettent d'atteindre quels objectifs, et lesquelles ont du sens pour diverses matières premières ? Pour engager un dialogue autour de cela, je propose une méthode pour catégoriser les différentes technologies de recyclage sur six niveaux :

Niveau 0 est la minimisation des déchets allant à la décharge, grâce à l'amélioration de l'utilisation des matériaux et à la réintégration des abats dans d'autres produits au sein de la même usine de fabrication de composites. Cela comprend l'utilisation de processus à faible teneur en déchets tels que la pose automatisée de ruban (ATL) et le placement automatisé de fibres (AFP) de fibres sèches et de préimprégnés, ainsi que le rebroyage ou le hachage de morceaux de rebut et leur utilisation en combinaison avec des matériaux continus ou discontinus dans les couches centrales, ou l'injection ou Moulage par compression. Elle s'applique aux thermodurcissables et aux thermoplastiques et devrait être une priorité pour tous les fabricants.

Niveau 1 est réaffecté de déchets destinés à la décharge. Cela inclut les formes broyées, hachées et mates de déchets de fibres sèches, ainsi que la prise de préimprégnés non durcis qui peuvent être périmés ou hors spécifications et les mouler en produits avec des exigences de performance moins strictes. Il existe de nombreux transformateurs de fibres de rebut et plusieurs entités de « réaffectation » pour le préimprégné, comme le CRTC.

Niveau 2 prend des composites durcis ainsi que des déchets de fibres et de préimprégnés non durcis, les broie et les combine avec des supplémentaires résines pour lier le tout dans divers panneaux et produits remplaçant le métal, le bois et le béton. La matière première peut inclure des pales d'éoliennes en fin de vie, des bateaux, des pièces d'avion et des composants automobiles, et peut être constituée de fibre de verre, de fibre de carbone ou de mousse. Global Fiberglass Solutions Inc. (Bothell, WA, États-Unis) et GreenTex Solutions LLC (Charleston, SC, États-Unis) sont deux sociétés à ce niveau.

Au Niveau 3 , les fibres sont récupérées à partir de formes de produits intermédiaires telles que des préimprégnés thermodurcissables et thermoplastiques non durcis, donnant des fibres avec des propriétés essentiellement équivalentes aux fibres d'origine, bien que principalement sous une forme discontinue de « peluche » ou de pastilles, ou dans un format non tissé. ELG et Carbon Conversions (tous deux utilisant la pyrolyse) et Vartega (utilisant la solvolyse) proposent des fibres de carbone à ce niveau.

Récupération des fibres au Niveau 4 (ferrailles composites durcies et pièces rejetées) et Niveau 5 (pièces en fin de vie) est le « Saint Graal » du recyclage des composites. Les technologies disponibles comprennent la pyrolyse à haute température (ELG et conversions au carbone), la décomposition chimique par voie humide des polymères (Adherent Technologies, Albuquerque, NM, États-Unis) et une méthode pyrolytique à double production d'énergie/récupération des fibres développée par CHZ Technologies (Auburn, AL, États-Unis). La mise à l'échelle économique de ces technologies sera essentielle à la réussite à long terme.

Compte tenu des options disponibles, les fabricants de composites doivent envisager d'inclure les entreprises de recyclage dans le cadre de la chaîne d'approvisionnement des composites tout comme les fournisseurs de fibres, de résines et de préimprégnés. Ce faisant, ils doivent être prêts à investir des fonds de R&D pour aider ces technologies en évolution à atteindre leur maturité. En décembre, Boeing a annoncé un accord de cinq ans avec ELG pour envoyer ses déchets composites, durcis (niveau 4) et non durcis (niveau 3), de 11 sites de fabrication à ELG pour la récupération de la fibre de carbone. C'est un début, et il est temps que d'autres fabricants emboîtent le pas. Aucune excuse autorisée.