Karbon Fiberde Yeni Gündem: Geri Dönüşüm

Standard üretime kıyasla, kompozit malzemelerin geri dönüşümü yüzde 70’e kadar daha ucuz olabilir ve CO2 emisyonlarında yüzde 90-95 oranında azalma sağlayabilir.

Son yıllarda döngüsel ekonomiye artan bir ilgi söz konusu ve geri dönüştürülmüş malzemelerden yapılan ürünlere artan bir talep olduğu görülüyor. Yalnız birçok malzeme, deformasyona uğramadan çok defa geri dönüştürülemez.

Uygulanabilir bir geri dönüşüm yönteminden yoksun olan ve biyolojik olarak bozunmayan Karbon Fiber Takviyeli Polimer (KFTP) Kompozitlerde şimdiye kadar durum bu şekildedir.

KFTP kompozit malzemeler rüzgar türbinlerinden uçak parçalarına; araba, gemi gibi araçlardan günlük kullandığımız dizüstü bilgisayarlar, cep telefonları gibi teknolojik aygıtlara kadar birçok üründe karşımıza çıkıyor.

Bu malzemelerin bertarafı genellikle hem çevre hem de halk sağlığı için önemli tehditler oluşturan katı atık depolama sahalarına boşaltılarak veya yakılarak sağlanmaktadır. Ayrıca mevcut geri dönüşüm yöntemlerinin büyük çoğunluğu, geri dönüştürülen malzemenin mekanik ve fiziksel özelliklerinin büyük ölçüde azalmasına ve temel işlevlerinin zayıflamasına neden olur.

Sydney Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Okulundaki araştırmacılar tarafından geliştirilen yeni bir metot sayesinde KFTP kompozitlerin geri dönüşümünde malzeme, orijinal mukavemetlerinin yüzde 90’ını korumaktadır.

“Avusturalya’da ve küresel olarak daha iyi geri dönüşüm süreçlerine doğru bir ilerleme var ancak çoğu zaman bir malzemenin sonsuz sayıda geri dönüştürülebileceğine dair bir inanç olması doğru değildir. Çoğu geri dönüşüm yöntemi, malzemelerin mekanik veya fiziksel özelliklerini azaltmaktadır. Şimdiye kadar karbon fiberden üretilen ürünleri devamlı olarak geri dönüştürmek mümkün değildi. Çoğu geri dönüşüm prosesinin parçalama, kesme ve öğütme işlemlerini içerdiği göz önüne alınırsa, lifler aşınacağı için oluşan ürünün canlılığı azalıyordu.” dedi çalışmanın baş araştırmacısı Dr. Ali Hadigheh.

“Bu durum sera gazı emisyonlarına önemli ölçüde katkı sağlayan saf karbon elyaf üretimine sebep olduğundan çevre için büyük bir tehdit oluşturmaktadır.”

“Bu mesele ile mücadele etmek için ve gerçek döngüsel ekonomiye destek olmak için tabletlerden BMW’lere kadar kullanım alanı olan karbon fiber malzemelerin geri dönüşümünde, etkili ve uygun maliyetli bir yöntem geliştirdik.”

“Bunu yapmak için iki aşamalı, optimize edilmiş bir proses kullandık. Isı kullanarak malzemeyi bozan ve bir reçine matrisi ile iyi bir bağ oluşturmasını engellemek için malzemeyi önemli ölçüde yakarak kömürleştiren ilk aşamaya “piroliz” adı verilir. İkinci aşama olan oksidasyonda ise bu kömürü ortadan kaldırmak için yüksek sıcak sıcaklık kullanılır.”

“Piroliz ve oksidasyon işlemleri tek başlarına karbon fiber malzemeleri muhafaza etmek için yeterli değildir ve bu işlemler zaten bir süredir var. Yüksek kaliteli bir geri kazanım ve ekonomik verimliliği garantilemek için KFTP kompozitlerin termal ayrışım işlemi, kompozit malzemede bir kimyasal reaksiyon başlatmak için gereken enerji analiz edilerek ve karbon fiberler etrafındaki reçine matristen ayrılarak yapılmalıdır.”

“Metodumuzu bu kadar başarılı yapan şey karbon fiberin işlevselliğini koruyan sıcaklık, ısıtma hızı, basınç veya oksitlenmek ve ısıtılmak için harcanan zaman gibi spesifik parametreleri göz önünde bulundurmamızdı.”

“Bu projeyi yapmaya geri dönüştürülmüş karbon fiber kompozitlerden yapılmış, havacılık ve otomotiv endüstrisinden spor malzemelerine, yenilenebilir enerjiden inşaat sektörüne kadar  çoğu yerde kullanılabilecek yüksek kaliteli, düşük maliyetli yapısal malzemeler üretmek için kalkıştık.” diye ekledi.

2010’da küresel fiber takviyeli polimer üretimi yaklaşık 6 milyon tondu ve on yılda yüzde 300’lük bir büyüme öngörülüyordu. Bu tahmin ile beraber fiber takviyeli polimerlerin tüketimi 2025 yılına kadar 18 milyon tonu aşacak, ürün değeri 80 milyar Avustralya doları olacak.

Dr. Hadigheh son olarak “2016 Avustralya Ulusal Atık Raporu, kompozit malzemelerin kullanımının geri dönüşüm için zorluklar yarattığı sonucuna varıyor. Basitçe ifade etmek gerekirse, karbon fiber kompozitleri geri dönüştürmek için verimli ve uygun maliyetleri yöntemler geliştirmediğimiz takdirde çevreye önemli ölçüde zarar vereceğiz.” dedi.

Kaynak: phys.org