Các nhà nghiên cứu tại Đại học Nam California đã phát triển được một quy trình mới để tái chế vật liệu composite trong các tấm ốp ô tô và phương tiện đường sắt nhẹ nhằm giải quyết thách thức môi trường trong lĩnh vực giao thông vận tải và năng lượng.

Sợi carbon mỏng được tạo thành từ các nguyên tử carbon; chúng cực kỳ nhẹ nhưng có độ bền kéo và độ cứng rất cao, lý tưởng để phục vụ hoạt động sản xuất. Chất nền polyme là vật liệu cứng giống như nhựa (nhựa epoxy, polyester hoặc vinyl) đóng vai trò là chất kết dính; một loại polyme kết nối các sợi carbon lại với nhau và tạo nên hình dạng cho vật liệu composite.

CFRP hay polyme gia cố sợi carbon, là vật liệu composite kết hợp các thành phần của sợi carbon và polyme. Travis Williams, giáo sư hóa học và là đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: "Nghiên cứu này chứng minh phương pháp thành công đầu tiên để khôi phục giá trị cao từ cả sợi carbon và chất nền polyme của vật liệu CFRP. Bạn có thể thấy vật liệu composite sợi carbon ở khắp mọi nơi, trong xe đạp, ô tô và chi giả”.

Vật liệu composite là một trong những vật liệu phổ biến nhất được sử dụng trong sản xuất quy mô lớn. Các tấm kết cấu, cũng như nhiều thành phần khác của ô tô và máy bay sản xuất ngày càng nhiều bằng CFRP. Tuy nhiên, thách thức với CFRP không thể làm tan chảy hoặc liên kết chúng lại nên khó tách rời và tái chế khi hết vòng đời sử dụng.

Phương pháp bền vững

Theo các dự báo đến năm 2030, 6.000 - 8.000 máy bay thương mại chứa vật liệu composite sẽ hết vòng đời sử dụng và đến năm 2050, các tua-bin gió ngừng hoạt động, sẽ tạo ra 483.000 tấn chất thải composite. Williams cho biết phương pháp tái chế của nhóm cung cấp giải pháp bền vững cho vấn đề rác thải ngày càng gia tăng.

Phương pháp tái chế giúp tiết kiệm sợi carbon của CFRP, đây là phần bền và chắc của vật liệu. Sợi carbon vẫn ở trong tình trạng tốt và nhóm nghiên cứu đã chỉ ra cách chúng có thể được tái sử dụng trong phương thức sản xuất mới, giữ được hơn 97% độ bền ban đầu. Đây là phương pháp đầu tiên thành công trong việc khai thác giá trị từ cả chất nền và sợi carbon của CFRP, biến chất thải thành sản phẩm hữu ích và giảm thiểu tác hại đến môi trường.

Dung dịch nấm

Công nghệ sinh học đóng vai trò quan trọng trong việc phục hồi giá trị từ chất nền polyme bị loại bỏ. Các nhà nghiên cứu cũng đã sử dụng một loại nấm đặc biệt có tên là Aspergillus nidulans, được thiết kế lần đầu tiên tại phòng thí nghiệm Berl Oakley thuộc Đại học Kansas. Kết quả đã phát hiện ra loại nấm này có thể tái tạo vật liệu từ chất nền composite sau khi phản ứng tái chế sợi cắt polyme thành axit benzoic, được dùng làm thức ăn cho nấm để sản xuất ra một loại hóa chất có tên là OTA ((2Z,4Z,6E)-octa-2,4,6-trienoic acid). OTA có thể được sử dụng để tạo ra các sản phẩm có ứng dụng y tế tiềm năng, như thuốc kháng sinh hoặc thuốc chống viêm.

Phương pháp mới không chỉ chứng minh tiềm năng sử dụng nấm để tái chế vật liệu thải bằng phương pháp xúc tác sinh học mà còn làm nổi bật một cách tiếp cận sáng tạo để tái chế vật liệu composite bằng cách thu hồi cả sợi và thành phần chất nền thành các sản phẩm giá trị cao.

N.P.D (NASATI), theo Technologynetworks, 11/2024