Polímeros reforçados com fibra de carbono (CFRPs) são usados nas indústrias aeroespacial, automotiva e de equipamentos esportivos. No entanto, a sua reciclagem continua a ser um grande problema. Em um estudo recente, pesquisadores da Universidade de Waseda demonstraram um novo método de pulso elétrico de descarga direta para a separação eficiente, eficaz e ecologicamente correta de CFRPs para recuperar fibras de carbono de alta qualidade. Espera-se que este trabalho abra caminho para um mundo mais sustentável.
O mundo caminha rapidamente em direção a um futuro desenvolvido e os polímeros reforçados com fibra de carbono (CFRP) desempenham um papel elementary na viabilização do progresso tecnológico e industrial. Esses materiais compósitos são leves e altamente resistentes, tornando-os desejáveis para aplicações em diversos campos, incluindo aviação, aeroespacial, automotivo, geração de energia eólica e equipamentos esportivos.
No entanto, a reciclagem de CFRP apresenta um desafio significativo, sendo a gestão de resíduos uma questão premente. Os métodos convencionais de reciclagem requerem aquecimento a alta temperatura ou tratamentos químicos, que resultam num elevado impacto ambiental e custos elevados. Além disso, tem sido um desafio recuperar fibras de carbono de alta qualidade. Neste sentido, a fragmentação eletro-hidráulica tem sido proposta como uma opção promissora. Nesta técnica, impulsos intensivos de ondas de choque gerados por plasmas de descarga de alta tensão são aplicados ao longo das interfaces de diferentes materiais para separar os vários componentes.
Embora esse método seja lucrativo, podemos fazer melhor? Respondendo a esta pergunta, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Waseda, liderada pelo professor Chiharu Tokoro do Departamento de Ciência Criativa e Engenharia, e incluindo Keita Sato, Manabu Inutsuka e Taketoshi Koita, desenvolveu um novo método de pulso elétrico de descarga direta para reciclagem eficiente de CFRPs. Suas descobertas foram publicadas na revista Scientific Stories em 30 de novembro de 2024.
Tokoro fala sobre a motivação por trás do seu trabalho atual, afirmando: “Em nossos estudos anteriores, já havíamos estabelecido experiência em pesquisa na geração de ondas de choque na água usando fenômenos de pulso elétrico para fragmentar eficientemente materiais difíceis de processar. No entanto, em aplicações como como baterias de íon-lítio, descobrimos que a descarga direta, que utiliza aquecimento Joule e expansão de vapor do próprio materials, é mais eficaz para separação de alta eficiência do que depender de ondas de choque. Agora aplicamos essa abordagem ao CFRP, hipotetizando que poderia conseguir mais. separação eficiente em comparação com métodos atuais.”
A técnica de pulso elétrico de descarga direta aproveita a geração de calor Joule, a geração de estresse térmico e a força de expansão devido à geração de plasma, dispensando a necessidade de aquecimento ou produtos químicos. Os pesquisadores compararam este método com a fragmentação eletro-hidráulica, examinando as propriedades físicas correspondentes das fibras de carbono recuperadas, incluindo comprimento, resistência à tração, adesão da resina e degradação estrutural, bem como a eficiência energética em termos de separação das fibras. Eles descobriram que sua nova técnica é mais eficaz para recuperação de fibra de carbono. Ele preserva fibras relativamente mais longas com maior resistência e também separa com precisão os CFRPs em fibras individuais sem reter qualquer resina residual na superfície.
Além disso, a abordagem de descarga direta melhora a eficiência energética por um fator de pelo menos 10 em comparação com as alternativas tradicionais, ao mesmo tempo que reduz o impacto ambiental e promove a utilização de recursos.
Portanto, prevê-se que esta tecnologia acelere a reciclagem de CFRP, contribuindo significativamente para o desenvolvimento de uma sociedade sustentável. De acordo com Tokoro, “Nossas descobertas de pesquisa têm inúmeras aplicações, relacionadas à reciclagem de CFRPs de componentes usados de aeronaves, resíduos automotivos e pás de turbinas eólicas. Assim, a presente inovação apoia a sustentabilidade em todos os setores, permitindo a recuperação eficiente de recursos e reduzindo o impacto ambiental”.
Globalmente, espera-se que este trabalho promova os Objectivos de Desenvolvimento Sustentável das Nações Unidas para a Indústria, Inovação e Infra-estruturas (ODS 9) e Consumo e Produção Responsáveis (ODS 12).
