Approche innovante du recyclage de la 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 fibres de carbone (CFRP) jouent un rôle clé dans le progrès technologique et industriel. Ces matériaux composites sont légers et très résistants, ce qui les rend intéressants pour des applications dans divers domaines, notamment l'aviation, l'aérospatiale, l'automobile, la production d'énergie éolienne et les équipements sportifs.

Cependant, le recyclage des CFRP présente un défi important, la gestion des déchets étant un problème urgent. Les méthodes de recyclage conventionnelles nécessitent un chauffage à haute température ou des traitements chimiques, ce qui entraîne un impact environnemental élevé et des coûts élevés. De plus, récupérer des fibres de carbone de haute qualité a été un défi. À cet égard, la fragmentation électrohydraulique a été proposée comme une option prometteuse. Dans cette technique, des impulsions d'ondes de choc intensives générées par des plasmas de décharge à haute tension sont appliquées le long des interfaces de différents matériaux pour séparer les différents composants.

Même si cette méthode est lucrative, pouvons-nous faire mieux ? Répondant à cette question, une équipe de chercheurs de l'Université Waseda, dirigée par le professeur Chiharu Tokoro du Département des sciences créatives et de l'ingénierie, et comprenant Keita Sato, Manabu Inutsuka et Taketoshi Koita, a mis au point une nouvelle méthode d'impulsion électrique à décharge directe pour recycler efficacement les CFRP. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Scientific Reports le 30 novembre 2024.

Tokoro parle de la motivation derrière leurs travaux actuels, déclarant :"Dans nos études précédentes, nous avions déjà établi une expertise en matière de recherche dans la génération d'ondes de choc dans l'eau en utilisant des phénomènes d'impulsions électriques 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 la dilatation de la vapeur du matériau lui-même, est plus efficace pour une séparation à haute efficacité que de compter sur des ondes de choc. Nous appliquons maintenant cette approche au CFRP, en supposant qu'elle pourrait permettre une séparation plus efficace que celle des ondes de choc. méthodes actuelles. »

La technique d'impulsion électrique à décharge directe exploite la génération de chaleur Joule, la génération de contraintes thermiques et la force d'expansion due à la génération de plasma, évitant ainsi le besoin de chauffage ou de produits chimiques. Les chercheurs ont comparé cette méthode à la fragmentation électrohydraulique en examinant les propriétés physiques correspondantes des fibres de carbone récupérées, notamment la longueur, la résistance à la traction, l'adhésion de la résine et la dégradation structurelle, ainsi que l'efficacité énergétique en termes de séparation des fibres. Ils ont constaté que leur nouvelle technique est plus efficace pour la récupération des fibres de carbone. Il préserve les fibres relativement plus longues avec une résistance plus élevée et sépare également avec précision les CFRP en fibres individuelles sans retenir de résine résiduelle à la surface.

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

Par conséquent, cette technologie devrait accélérer le recyclage des CFRP, contribuant ainsi de manière significative au développement d’une société durable. Selon Tokoro, "Les résultats de nos recherches ont de nombreuses applications, liées au recyclage des CFRP provenant de composants d'avions usagés, de déchets automobiles et de pales d'éoliennes. Ainsi, la présente innovation soutient la durabilité dans toutes les industries en permettant une récupération efficace des ressources et en réduisant l'impact environnemental. "

Dans l'ensemble, ce travail devrait contribuer à la réalisation des objectifs de développement durable des Nations Unies relatifs à l'industrie, à l'innovation et aux infrastructures (ODD 9) et à la consommation et à la 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 le visualiser.; +81 368-690-056.