I ricercatori del Fraunhofer Institut hanno sviluppato una tecnologia che consente di recuperare fibre di carbonio continue da materiali compositi, senza comprometterne la qualità.
Un team di ricerca del Fraunhofer Institut High-Speed Dynamics, Ernst-Mach-Institut (EMI) ha sviluppato un processo di riciclo della fibre di carbonio da materiali compositi che mantiene le loro proprietà meccaniche.
I compositi in fibra di carbonio sono eccezionalmente resistenti e leggeri, ma il loro smaltimento e il riciclo pone ancora dei problemi. Questi materiali ad alte prestazioni sono costituiti da filamenti di fibre incorporati in un polimero, aspetto che consente di tenere insieme le fibre, mantenere la geometria di un componente e proteggerle dagli agenti atmosferici. Le fibre possono essere incorporate in due tipi di plastica: i compositi termoindurenti sono costituiti da una matrice che non può fondersi, quindi non possono essere riprocessati; si comportano come un adesivo che polimerizza e quindi forma un legame duraturo. I compositi termoplastici, al contrario, possono essere fusi e riprocessati. Le plastiche termoindurenti però sono più facili da lavorare e vengono quindi utilizzate più frequentemente nelle applicazioni strutturali industriali.
Riciclo di strutture avvolte mediante peeling
Il metodo dei ricercatori del Fraunhofer EMI usa un laser ad alta potenza per il recupero controllato del rinforzo in fibra da compositi termoindurenti. Questo metodo è particolarmente rilevante per i serbatoi di idrogeno pressurizzati, dove un fascio di fibra di carbonio viene avvolto attorno a un rivestimento di plastica per rendere il serbatoio in grado di resistere a elevate pressioni di esercizio interne fino a 700 bar.
Il vantaggio di questo innovativo metodo di riciclo risiede nella capacità di rimuovere la matrice termoindurente che circonda le fibre di carbonio tramite una pirolisi locale, lasciando le fibre stesse praticamente intatte. “La particolarità di questo processo è che eseguiamo la pirolisi della matrice e lo svolgimento del fascio di fibra simultaneamente, a una velocità ragionevole senza danneggiare le fibre di carbonio” spiega il responsabile del progetto Mathieu Imbert.
La sfida sta nel definire la finestra di processo ottimale, poiché la degradazione termica della matrice avviene a temperature comprese tra 300 e 600 gradi Celsius, mentre le fibre potrebbero iniziare a danneggiarsi quando la temperatura raggiunge circa 600 gradi Celsius. “Abbiamo trovato un ottimo compromesso tra l’efficienza del processo e la qualità del materiale riciclato. I nostri risultati dimostrano che le fibre continue recuperate in questo modo presentano le stesse eccellenti proprietà prestazionali delle fibre nuove, il che rende questo metodo estremamente interessante” continua Imbert.
Vantaggi economici ed ecologici in un unico prodotto
Questo metodo innovativo offre non solo vantaggi ecologici, ma anche un notevole potenziale economico per le aziende di riciclo. Poiché il calore viene applicato localmente e il fascio di fibre viene rigenerato ininterrottamente, non sono necessari i lunghi tempi di pirolisi e gli elevati costi di processo tipicamente richiesti quando si lavora con serbatoi di idrogeno a pareti spesse. Inoltre, il processo di rigenerazione con il laser richiede solo circa un quinto dell’energia necessaria per produrre nuove fibre. Questi sono vantaggi chiave nell’attuale contesto di aumento dei costi energetici e dei crescenti requisiti ambientali.
Il progetto dovrebbe durare fino alla fine del 2025 e fa parte del programma DigiTain, finanziato dal Ministero Federale Tedesco per gli Affari Economici e la Protezione del Clima (BMWK). I ricercatori stanno attualmente lavorando per rendere il processo ancora più efficiente dal punto di vista energetico e per migliorare ulteriormente la qualità delle fibre recuperate. Il team di ricerca considera il legame estremamente positivo tra l’elevata qualità del materiale riciclato e i bassi costi di processo l’argomento chiave dei loro piani di trasferire il nuovo metodo all’industria del riciclo.
