Approche innovante du recyclage de fibre de carbone pour un avenir plus vert

Université Waseda, Shinjuku, Japon

Le monde se dirige rapidement vers un avenir développé, et les polymères renforcés de fibre de carbone (CFRP) jouent un rôle clé dans l'activation du progrès technologique et industriel. Ces matériaux composites sont légers et hautement résistants, les rendant désirables pour des applications dans divers domaines, y compris l'aviation, l'aérospatial, l'automobile, la production d'énergie éolienne et l'équipement sportif.

Cependant, le recyclage des CFRP présente un défi significatif, la gestion des déchets étant un problème pressant. Les méthodes de recyclage conventionnelles nécessitent un chauffage à haute température ou des traitements chimiques, ce qui résulte en un impact environnemental élevé et des coûts élevés. De plus, il a été un défi de récupérer des fibres de carbone de haute qualité. À cet égard, la fragmentation électrohydraulique a été proposée comme une option prometteuse. Dans cette technique, des impulsions de choc intenses générées par des décharges de plasma à haute tension sont appliquées le long des interfaces de différents matériaux pour séparer les divers composants.

Bien que cette méthode soit lucrative, pouvons-nous faire mieux ? En répondant à cette question, une équipe de chercheurs de l'Université Waseda, dirigée par le professeur Chiharu Tokoro du Département de Science et Ingénierie Créatives, et incluant Keita Sato, Manabu Inutsuka et Taketoshi Koita, a développé une nouvelle méthode de pulse électrique à décharge directe pour recycler efficacement les CFRP. Leurs résultats ont été publiés dans le journal Scientific Reports le 30 novembre 2024.

Tokoro parle de la motivation derrière leur travail présent, déclarant : « Dans nos études précédentes, nous avions déjà établi une expertise de recherche dans la génération d'ondes de choc dans l'eau en utilisant des phénomènes de pulse électrique pour fragmenter efficacement des matériaux difficiles à traiter. Cependant, dans des applications telles que les batteries lithium-ion, nous avons découvert que la décharge directe, qui utilise le chauffage Joule et l'expansion de vapeur du matériau lui-même, est plus efficace pour une séparation à haute efficacité que de compter sur les ondes de choc. Nous appliquons maintenant cette approche aux CFRP, supposant qu'elle pourrait atteindre une séparation plus efficace comparée aux méthodes actuelles. »

La technique de pulse électrique à décharge directe exploite la génération de chaleur Joule, la génération de contrainte thermique et la force d'expansion due à la génération de plasma, renonçant au besoin de chauffage ou de produits chimiques. Les chercheurs ont comparé cette méthode avec la fragmentation électrohydraulique en examinant les propriétés physiques correspondantes des fibres de carbone récupérées, incluant la longueur, la résistance à la traction, l'adhérence de résine et la dégradation structurelle, ainsi que l'efficacité énergétique en termes de séparation de fibres. Ils ont trouvé que leur nouvelle technique est plus efficace pour la récupération de fibre de carbone. Elle préserve des fibres relativement plus longues avec une résistance plus élevée et sépare aussi précisément les CFRP en fibres individuelles sans retenir de résine résiduelle sur la surface.

De plus, l'approche de décharge directe améliore l'efficacité énergétique d'un facteur d'au moins 10 comparé aux alternatives traditionnelles, tout en réduisant l'impact environnemental et en promouvant l'utilisation des ressources.

Par conséquent, cette technologie est anticipée pour accélérer le recyclage des CFRP, contribuant significativement au développement d'une société durable. Selon Tokoro, « Nos résultats de recherche ont de nombreuses applications, concernant le recyclage des CFRP de composants d'avions usagés, déchets automobiles et pales d'éoliennes. Ainsi, l'innovation présente soutient la durabilité à travers les industries en permettant une récupération efficace des ressources et en réduisant l'impact environnemental. »

Dans l'ensemble, ce travail est attendu pour faire avancer les Objectifs de Développement Durable des Nations Unies de l'Industrie, Innovation et Infrastructure (ODD 9) et Consommation et Production Responsables (ODD 12).

Pour plus d'informations, contactez Armand Aponte à Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer JavaScript pour la visualiser. ; +81 368-690-056.