We dumpen nogal wat troep op de Aarde. Er is veel aandacht voor plastic dat op de hoogste bergtoppen en in de diepste zeeën wordt teruggevonden, maar dat is niet het enige probleem. We mogen ons ook weleens druk gaan maken om koolstof- en glasvezelcomposieten. Gelukkig is er een oplossing.
Deze CFRP’s worden veel gebruikt in de vliegtuig- en auto-industrie, maar ook voor bijvoorbeeld windturbinebladen en waterstoftanks. Naar schatting is het tegen 2030 een van de belangrijkste afvalstromen wereldwijd. Alleen al de vliegtuig- en windturbinesector is rond 2050 goed voor meer dan 840.000 ton CFRP-afval per jaar, oftewel 34 stadions vol.
Recyclen
Deze troep valt wel te recyclen, maar dat gebeurt momenteel nauwelijks. Het belandt voornamelijk op de vuilnisbelt of in de verbrandingsoven. De productie van deze composieten is ook verder nog slecht voor het milieu. Het leidt tot de uitputting van hulpbronnen en voor de productie is veel energie nodig.
Maar er zijn oplossingen, leggen onderzoekers van de University of Sydney uit. Er zijn allerlei recyclemethoden, waardoor er veel minder nieuwe productie nodig is. Daardoor zou het energieverbruik met 70 procent kunnen verminderen en gaan de kostbare composieten niet langer verloren.
Wondermateriaal
“Koolstofvezelcomposieten worden beschouwd als een wondermateriaal. Ze zijn duurzaam, bestand tegen allerlei weersomstandigheden en heel veelzijdig. Naar verwachting zal het gebruik ervan alleen al in de komende tien jaar met minstens 60 procent toenemen”, aldus onderzoeker Ali Hadigheh. “Maar deze reusachtige groei brengt ook een enorme toename van het afval met zich mee. Zo wordt geschat dat alleen al de duurzame energiesector tegen 2030 zo’n 500.000 ton afval van koolstof- en glasvezelcomposieten zal produceren.”
Een nieuwe recyclingmethode
De onderzoekers denken echter niet in problemen maar in oplossingen. Ze hebben een nieuwe recyclingmethode ontwikkeld voor deze CFRP’s om te voorkomen dat ze aan het einde van hun levensduur op de vuilnisbelt terechtkomen. Hun aanpak is een forse verbetering ten opzichte van bestaande methodes. “Onze analyse heeft aangetoond dat voorbehandelde CFRP’s een extra reactiestadium ondergaan, waardoor de afbraak bij lagere temperaturen verbetert in vergelijking met onbehandelde CFRP’s”, legt Hadigheh uit.
“De zogenoemde solvolyse-voorbehandeling zorgt niet alleen op een eenvoudigere manier voor een grotere afbraak, maar leidt er ook toe dat de mechanische eigenschappen van vezels behouden blijven doordat er minder warmte wordt gebruikt tijdens de recycling.”
Voorbehandelde CFRP’s
Gerecyclede vezels uit voorbehandelde CFRP’s behielden tot 90 procent van hun oorspronkelijke sterkte. Dat is 10 procent meer dan de vezels die alleen door thermische degradatie zijn hersteld. “Om de toepasbaarheid van onze methode in de praktijk te demonstreren, hebben we met succes een deel van een fietsframe en vliegtuigresten van CFRP-composieten gerecycled met onze hybride aanpak. Deze resultaten bevestigen niet alleen de effectiviteit van de chemische voorbehandeling, maar tonen ook de verbeterde mechanische eigenschappen van de gerecyclede koolstofvezels aan”, aldus Hadigheh.
Eerder al evalueerden de onderzoekers tien verschillende methoden voor de behandeling van CFRP-afval. De solvolyse kwam als beste uit de bus. Dit is een methode waarbij materialen worden afgebroken met behulp van een oplosmiddel onder een specifieke druk en temperatuur. Deze manier was het meest efficiënt. Maar ook thermische recyclingsmethoden zoals katalytische pyrolyse en pyrolyse in combinatie met oxidatie leverden een hoog economisch rendement op. Ze leiden allemaal bovendien tot een aanzienlijk lagere CO2-uitstoot dan wanneer het afval op de vuilnisbelt zou belanden of wordt verbrand.
Groeiend bewustzijn
De onderzoekers spreken van een grote kans om de recycling van de enorme berg afval die er aan zit te komen, te verbeteren. Ze adviseren fabrikanten om verder te kijken dan de productie van nieuw materiaal. Ze zouden ook gerecyclede producten moeten ontwikkelen uit oud materiaal. “Dit is een enorme kans,” aldus onderzoeker Yaning Wei. “En niet alleen omdat verschillende vormen van recycling kosteneffectief zijn en een minimale impact hebben op het milieu, maar ook omdat er steeds meer verstoringen zijn in de toeleveringsketen. Dan kan lokale recycling een product veel sneller beschikbaar maken dan wanneer het geïmporteerd moet worden.”
Bovendien past het in de tijdgeest. “Er is steeds meer bewustzijn over de recycling van producten en de groei van plastic afval. Australië zou daarom dringend grootschalige recycling moeten overwegen van de nieuwe generatie bouwmaterialen, voordat er een nieuw afvalprobleem ontstaat.”
Een koolstofvezel is ongeveer 5 tot 10 micrometer dik en bestaat uit langgerekte koolstofkristallen. Duizenden koolstofvezels worden samengevoegd tot garen en tot matten geweven. Ze worden gemaakt uit acrylvezels die door middel van pyrolyse verkoold worden op temperaturen tot 3000 graden Celsius. Koolstofvezels oxideren niet in water of zuurstof. Bovendien zijn ze vederlicht en erg stijf en sterk. Uitermate geschikt dus voor producten waarbij dat soort eigenschappen belangrijk zijn, zoals in de luchtvaart- en auto-industrie, maar ook voor sportartikelen en windmolens.
