PFINZTAL ، ألمانيا - مع استمرار كون البلاستيك المقوى بألياف الكربون مكونًا رئيسيًا للطائرة ، فإنه يضيف إلى الحاجة إلى مفهوم إعادة التدوير المستدام. قام المهندسون في معهد فراونهوفر للتكنولوجيا الكيميائية (ICT) مؤخراً بتطوير عملية لتحويل ألياف الكربون المعاد تدويرها إلى بطاريات ومواد لخلايا الوقود.
وقالت إليسا سايلر ، مهندسة تكنولوجيا المعلومات والاتصالات: "اليوم ، تتكون الطائرات ذات الجسم العريض من أكثر من 50 ٪ من البلاستيك المقوى بألياف الكربون (CFRP)." كمية المواد المعاد تدويرها CFRP ضخمة. على سبيل المثال ، يبلغ وزن شركة إيرباص 350 أكثر من 65 طنًا. بالإضافة إلى ذلك ، يتم توليد كميات النفايات الأخرى ذات الصلة أثناء عملية الإنتاج. ""
وشاركت سايلر وزملاؤها في مشروع غرافيت 2.0 ، الذي طور عملية لاستعادة البطارية ومواد خلايا الوقود من ألياف الكربون المعاد تدويرها. وقد أنتجوا مؤخرًا نموذجًا أوليًا لصفيحة ثنائية القطب.
الغرض من مشروع Graphit 2.0 هو تطوير عملية تتيح استخدام ألياف الكربون المعاد تدويرها كجرافيت ثانوي لأجهزة تخزين الطاقة ذات القيمة العالية مثل بطاريات تدفق الأكسدة.
في الجزء الأول من المشروع ، طور المهندسون عملية للحصول على المواد الخام الثانوية من ألياف الكربون بواسطة المعالجة الميكانيكية والحرارية. تستخدم هذه المادة الثانوية كبديل للجرافيت. في الجزء الثاني من المشروع ، تم اختبار الغرافيت الثانوي في لوحة ثنائية القطب لبطارية تدفق الأكسدة.
وقال سيلر: "محرك كهربائي هو الآن موضوع خطير في صناعة الطيران". "يمكن للمصنعين مباشرة إعادة تدوير القيم المحفوظة عن طريق نقل المواد من تطبيق إلى آخر.
وأشار سيئيل إلى أن: "ألياف الكربون موصلة كهربائياً ومناسبة كبديل للجرافيت الطبيعي. كما يتكون الجرافيت الطبيعي من الكربون". "يجب أن يتم استيراد المواد الخام [الهامة] ذات الأهمية الحرجة حاليًا من الصين بتكلفة عالية. يمكن أيضًا استخدام إعادة تدوير CFRP في تطبيقات التصنيع المضافة. "
يجب على مصنعي الطائرات الامتثال لمتطلبات الاتحاد الأوروبي المعمول بها منذ عام 2015 - وهي تتطلب أن يتم إعادة تدوير 85٪ من متوسط وزن السيارات المستعملة. في بعض البلدان ، مثل ألمانيا ، يحظر CFRP من مدافن النفايات ، ويمكن لمحطات حرق النفايات رفض قبول مثل هذه المواد.
طورت Seiler وزملاؤها طريقة لاسترداد ألياف الكربون من مصفوفة بلاستيكية. يستخدمون إشعاع الميكروويف لحرق مصفوفة بلاستيكية حول الألياف. يجب أن يتم الاحتراق تحت الظروف اللاهوائية حتى لا تحترق الألياف عند درجات حرارة تصل إلى 900 درجة مئوية.
وقال سيلر: "هذا ما يسمى التحلل الانحلال الحراري". "ميزة إشعاع الميكروويف هي كفاءة الطاقة. الفرن بأكمله لم يعد بحاجة إلى تسخين ، فقط المكونات نفسها تحتاج للتدفئة.
ويشرح سايلر قائلاً: "يقوم مهندسون البوليمرات لدينا بتضمين الألياف المعاد تدويرها في مواد لدن بالحرارة". يتميز هذا المركب بخصائص مشابهة للغرافيت ومناسب لإنتاج الألواح ثنائية القطب.
تدعي شركة Seiler: "لقد اجتازت نماذجنا جميع اختبارات الموصلية والكثافة والمقاومة للتآكل." "لقد أثبتنا أنه من المجدي عمومًا استخدام ألياف CFRP المعاد تدويرها لإنتاج ألواح ثنائية القطب للبطاريات وخلايا الوقود. هذا يدل على أن إعادة التدوير هي نهج شامل.
وقال سيلر: "الخطوة التالية هي وصف خصائص الصفائح ثنائية القطب في شبكة خلايا البطارية ودراسة تقييم دورة الحياة". "ثم نرغب في ضبط التقنية بحيث يمكننا عمل ألواح ثنائية القطب مع سلسلة CFRP المعاد تدويرها".
