اختصاصی بسپار/ نوآوری در بازیافت الیاف کربن: گامی بزرگ در زیست‌پایداری صنعت پلیمر
گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ایران پلیمر صنعت بسپار و چندسازه‌ها (Composite) در سال‌های اخیر با چالش‌های زیست‌محیطی و اقتصادی متعددی روبه‌رو بوده است، به‌ویژه در زمینه‌ی بازیافت مواد پیشرفته مانند چندسازه‌های تقویت‌شده با الیاف کربن. موسسه Fraunhofer EMI در آلمان با توسعه فناوری نوآورانه‌ای که از لیزرهای پرقدرت برای بازیافت الیاف کربن پیوسته استفاده می‌کند، راه‌حلی پیشگامانه ارائه داده است. این فناوری، که تا پایان سال ۲۰۲۵ تکمیل خواهد شد، نه‌تنها کیفیت مکانیکی الیاف را حفظ می‌کند، بلکه مزایای زیست‌پایداری و اقتصادی قابل‌توجهی را به همراه دارد. این خبر، نقطه عطفی برای صنعت بسپار و کاربردهای آن در خودروسازی، هوافضا و انرژی‌های تجدیدپذیر است.
فناوری لیزر پرقدرت: بازیافت بدون افت کیفیت
چندسازه‌های تقویت‌شده با الیاف کربن به دلیل استحکام بالا و وزن سبک، در صنایعی مانند خودروسازی و هوافضا کاربرد گسترده‌ای دارند. با این حال، بازیافت این مواد، به‌ویژه در چندسازه‌های گرماسخت (Thermosetting Composites)، چالش‌برانگیز است. روش‌های سنتی بازیافت، مانند خرد کردن، طول الیاف را کوتاه می‌کنند و منجر به فرویافت (Downcycling) می‌شوند. فناوری جدید Fraunhofer EMI این مشکل را با استفاده از لیزرهای پرقدرت برای تجزیه‌ی موضعی ماتریس گرماسخت از طریق تَف‌کافت (Pyrolysis) حل کرده است.
این فرایند به‌صورت هم‌زمان ماتریس بسپار را در دمای ۳۰۰ تا ۶۰۰ درجه سلسیوس تجزیه و الیاف کربن پیوسته را جدا می‌کند، بدون اینکه به خواص مکانیکی الیاف آسیبی وارد شود. Mathieu Imbert، مدیر پروژه، توضیح می‌دهد: «ویژگی منحصربه‌فرد این فرایند، انجام تَف‌کافت و جداسازی الیاف با سرعت مناسب و بدون آسیب به الیاف است.» آزمایش‌ها نشان داده‌اند که الیاف بازیافت‌شده کارکردی مشابه الیاف جدید دارند، با استحکام کششی و مدول کشسانی که تا ۹۸ درصد خواص اولیه را حفظ می‌کنند.
کاربرد در مخازن هیدروژنی
یکی از کاربردهای کلیدی این فناوری، بازیافت مخازن هیدروژنی تحت فشار است که در خودروهای هیدروژنی استفاده می‌شوند. این مخازن، که با الیاف کربن پیوسته به دور یک آستر پلاستیکی پیچیده شده‌اند، برای تحمل فشارهای بالا (تا ۷۰۰ بار) طراحی شده‌اند. روش‌های بازیافت سنتی برای این ساختارهای ضخیم زمان‌بر و پرهزینه‌اند، اما فناوری لیزری Fraunhofer EMI با اعمال گرمای موضعی، فرایند را بهینه کرده و هزینه‌ها را کاسته است. این روش تنها یک‌پنجم انرژی موردنیاز برای تولید الیاف کربن جدید را مصرف می‌کند، که با توجه به افزایش هزینه‌های انرژی، مزیتی قابل‌توجه است.
طبق داده‌های Fraunhofer EMI، بازیافت هر کیلوگرم الیاف کربن با این روش می‌تواند تا ۸۰ درصد انرژی کمتری نسبت به تولید اولیه مصرف کند. با توجه به اینکه تولید جهانی الیاف کربن در سال ۲۰۲۴ حدود ۱۲۰,۰۰۰ تن بود، این فناوری پتانسیل صرفه‌جویی سالانه میلیون‌ها کیلووات‌ساعت انرژی را دارد.
مزایای زیست‌محیطی و اقتصادی
این فناوری نه‌تنها به کاهش زباله‌های چندسازه‌ای کمک می‌کند، بلکه با تولید الیاف بازیافتی باکیفیت، نیاز به استخراج منابع جدید را می‌کاهد. در حال حاضر، بیش از ۳۰ درصد از چندسازه‌های کربنی به دلیل دشواری بازیافت، در محل‌های دفن زباله یا زباله‌سوزها دفع می‌شوند. فناوری Fraunhofer EMI می‌تواند این مقدار را تا سال ۲۰۳۰ به کمتر از ۱۰ درصد کاهش دهد، که گامی بزرگ در راستای اقتصاد چرخشی (Circular Economy) است.
از نظر اقتصادی، این روش هزینه‌های بازیافت را به‌طور قابل‌توجهی می‌کاهد. فرایندهای سنتی بازیافت چندسازه‌ها، به دلیل نیاز به زمان‌های طولانی پیرولیز و تجهیزات پیچیده، هزینه‌ای بین ۲۰ تا ۳۰ دلار به ازای هر کیلوگرم دارند. در مقابل، فناوری لیزری با کاهش زمان و انرژی موردنیاز، این هزینه را به حدود ۵ تا ۸ دلار به ازای هر کیلوگرم می‌رساند. این صرفه‌جویی، شرکت‌های بازیافت را به سرمایه‌گذاری در این فناوری ترغیب می‌کند.
چشم‌انداز آینده و پروژه DigiTain
این پروژه، که بخشی از راهبرد (Strategy) DigiTain با حمایت وزارت امور اقتصادی و اقدام اقلیمی آلمان (BMWK) است، تا پایان ۲۰۲۵ ادامه خواهد داشت. پژوهشگران در حال بهبود کارایی انرژی فرایند و افزایش کیفیت الیاف بازیافت‌شده هستند. هدف بلندمدت، انتقال این فناوری به صنعت بازیافت و ایجاد سامانه‌های خودکار برای بازیافت در مقیاس بزرگ است. Fraunhofer EMI پیش‌بینی می‌کند که تا سال ۲۰۲۸، این فناوری در بیش از ۲۰ مرکز بازیافت در اروپا پیاده‌سازی شود.
این نوآوری هم‌چنین می‌تواند به کاهش ریزپلاستیک‌ها (Microplastic) کمک کند، زیرا ماتریس‌های بسپاری تجزیه‌شده در فرایند به‌صورت کنترل‌شده مدیریت می‌شوند و از ورود آن‌ها به محیط‌زیست جلوگیری می‌شود. این موضوع با توجه به نگرانی‌های جهانی درباره آلودگی ریزپلاستیک‌ها، اهمیت دوچندانی دارد.
فناوری بازیافت الیاف کربن با لیزر پرقدرت Fraunhofer EMI نقطه عطفی در صنعت بسپار و چندسازه‌هاست. این روش با حفظ کیفیت الیاف، کاهش مصرف انرژی و هزینه‌های بازیافت، راهبردی (Strategic) برای دستیابی به زیست‌پایداری ارائه می‌دهد. از مخازن هیدروژنی تا قطعات هوافضا، این فناوری کاربردهای گسترده‌ای دارد و می‌تواند استانداردهای جدیدی در بازیافت چندسازه‌ها ایجاد کند. با ادامه سرمایه‌گذاری در این حوزه، صنعت بسپار می‌تواند به یکی از پیشگامان اقتصاد چرخشی تبدیل شود و آینده‌ای پاک‌تر و اقتصادی‌تر را رقم بزند.
