Los polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP) se utilizan en las industrias aeroespacial, automotriz y de equipos deportivos. Sin embargo, su reciclaje sigue siendo un problema importante. En un estudio reciente, investigadores de la Universidad de Waseda demostraron un novedoso método de pulso eléctrico de descarga directa para una separación eficiente, efectiva y respetuosa con el medio ambiente de CFRP para recuperar fibras de carbono de alta calidad. Se espera que este trabajo allane el camino hacia un mundo más sostenible.
El mundo avanza rápidamente hacia un futuro mejor y los polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP) desempeñan un papel importante a la hora de permitir el progreso tecnológico e industrial. Estos materiales compuestos son livianos y extremadamente resistentes, lo que los hace deseables para aplicaciones en una variedad de campos, incluidos la aviación, el aeroespacial, la automoción, la generación de energía eólica y los equipos deportivos.
Sin embargo, el reciclaje de CFRP presenta un desafío importante, siendo la gestión de residuos un tema importante. Los métodos de reciclaje convencionales requieren calentamiento a alta temperatura o tratamiento químico, lo que genera un alto impacto ambiental y un alto costo. Además, recuperar fibra de carbono de alta calidad fue un desafío. En este sentido, la fragmentación electrohidráulica se ha propuesto como una alternativa prometedora. En esta técnica, se aplican intensos impulsos de ondas de choque generados por plasma de descarga de alto voltaje a lo largo de la interfaz de diferentes materiales para separarlos.
Aunque este método es rentable, ¿podemos hacerlo mejor? Para responder a esta pregunta, un equipo de investigadores de la Universidad de Waseda, dirigido por el profesor Chiharu Tokoro del Departamento de Ingeniería y Ciencias Creativas y que incluye a Keita Sato, Manabu Inutsuka y Taketoshi Koita, ideó un novedoso método de pulso eléctrico de descarga directa. Los CFRP son reciclables de manera eficiente. Sus hallazgos fueron publicados en la edición del 30 de noviembre de 2024 de la revista Scientific Reports.
Tokoro habló sobre la motivación detrás de su trabajo actual y dijo: “En nuestra investigación anterior, ya hemos establecido experiencia en investigación en la generación de ondas de choque en agua utilizando eventos de pulso eléctrico para fragmentar eficientemente materiales sólidos para procesar. Sin embargo, en aplicaciones como En el caso de las baterías de iones de litio, descubrimos que la descarga directa, que utiliza calentamiento Joule y expansión de vapor del material, es más eficaz para separaciones de alta eficiencia que depender de ondas de choque. Weno aplica este método al CFRP, con la hipótesis de que puede lograr una separación más eficiente que los métodos actuales”.
La técnica de pulso eléctrico de descarga directa aprovecha la generación de calor Joule, la generación de estrés térmico y la energía de expansión debido a la generación de plasma, antes de la necesidad de calentamiento o productos químicos. Los investigadores compararon este método con la fragmentación electrohidráulica examinando las propiedades físicas correspondientes de las fibras de carbono recuperadas, incluida la longitud, la resistencia a la tracción, la adhesión de la resina y la degradación estructural, así como la eficiencia energética en términos de separación de las fibras. Descubrieron que su nueva técnica era más eficaz para la recuperación de fibra de carbono. Conserva fibras relativamente largas con alta resistencia y separa los CFRP en fibras individuales sin retener resina residual en la superficie.
Además, el método de descarga directa mejora la eficiencia energética al menos en un factor de 10 en comparación con las alternativas tradicionales, al tiempo que reduce el impacto ambiental y promueve el uso de recursos.
Por lo tanto, se espera que esta tecnología acelere el reciclaje de CFRP, contribuyendo significativamente al desarrollo de una sociedad sostenible. Según Tokoro, “los hallazgos de nuestra investigación tienen numerosas aplicaciones relacionadas con el reciclaje de CFRP de componentes gastados de aeronaves, desechos de automóviles y palas de turbinas eólicas. Por lo tanto, la innovación actual permite la recuperación eficiente de recursos y respalda la sostenibilidad en todas las industrias al reducir el impacto ambiental”.
En general, se espera que este trabajo avance los Objetivos de Desarrollo Sostenible de Industria, Innovación e Infraestructura (ODS 9) y Producción y Consumo Responsables (ODS 12) de las Naciones Unidas.