2023-07-03 オーストラリア連邦・シドニー大学
- シドニー大学が、炭素繊維複合材料(CFRP)廃棄物の熱化学的リサイクル技術を開発。
- CFRP は、風力タービンブレード、水素タンク、航空機、建設資材や自動車製造で一般的に使用される、風化に強く、耐久性や汎用性の極めて高い 「驚異的な」 材料。
- 今後 10 年間のみで 60%の使用量の増加が見込まれ、2030 年には世界で主要な廃棄物(約 50 万トン）となること、また、適切にリサイクルされなければ、航空・風力タービン産業から排出される CFRP 廃棄物だけで 2050 年までに 84 万 3 百トン(スタジアム 34 個分に相当)の年間蓄積量となることが予測されている。
- リサイクル方法は存在するが、CFRP 廃棄物の多くが埋め立てか焼却処理されている。また、バージン材料の製造においても、資源の枯渇や生産時の高エネルギー投入等、環境にも影響を及ぼしている。CFRP が完全にリサイクルできれば、エネルギー使用量の 70%低減や廃棄物の無駄が回避できる。
- 新技術は、加溶媒分解による CFRP の前処理を統合した低温度熱分解リサイクル方法。前処理したCFRP が追加的な反応段階を経ることで、未処理のものに比べより低温度で分解できる。加溶媒分解による前処理は、分解を促進するとともにリサイクルの熱消費量を低減して繊維の機械特性を保持する。
- 前処理した CFRP によるリサイクル繊維は、元の強度の最大 90%を維持し、熱分解のみで回収された繊維の強度を 10%上回る。CFRP 製の自転車フレームと航空機スクラップをリサイクルし、化学的な前処理の有効性と、回収した炭素繊維の機械特性の向上を実証した。
- 過去の研究では、10 種類の CFRP 廃棄物処理システムについて、廃棄物の種類と地理的な位置を考慮した経済効率性と環境への影響に基づく評価を実施し、加溶媒分解が高い純利益をもたらして炭素繊維を回収することを確認。加溶媒分解と電気化学的なリサイクル方法は、埋め立てや焼却処理よりも大幅な CO2 排出量の低減につながることを提示。
- 複合材料のリサイクル方法についても開発中で、リサイクルした炭素繊維を再利用のために整列させる機械の特許を取得した。
- 本研究には、オーストラリア研究会議(ARC) の若手研究者支援プログラムである DECRA が資金を提供した。
URL: https://www.sydney.edu.au/news-opinion/news/2023/07/03/-the-looming-840-000-tonne-waste-problem-that-isn-t-single-use-p.html
＜NEDO海外技術情報より＞
関連情報
Composites Part B: Engineering 掲載論文(フルテキスト）
Development of an innovative hybrid thermo-chemical recycling method for CFRP waste recovery
URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359836823002895?via%3Dihub
関連情報
Construction and Building Materials 掲載論文(アブストラクトのみ：全文は有料）
Cost benefit and life cycle analysis of CFRP and GFRP waste treatment methods
URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S095006182202311X
Highlights
•Effects of chemical pre-treatment on CFRP’s thermal degradation was investigated.
•An optimum recycling method with reduced energy consumption was developed.
•Properties of recycled fibres recovered with different technologies were compared.
•CFRP bikes and airplane scraps were recycled via proposed thermo-chemical method.
Abstract
Disposal of carbon fibre reinforced polymer (CFRP) waste in landfill is a significant environmental issue. Cost-benefit and life cycle assessments have demonstrated that pyrolysis and chemical recycling are among the most effective waste treatment strategies. This paper presents the development of a novel low-temperature pyrolysis combined with solvolysis pre-treatment as an effective recycling method for CFRP composite wastes. In this research, the process parameters were meticulously determined to ensure the simultaneous achievement of increased material utilisation and energy efficiency. The kinetic analysis results demonstrate that the pre-treated CFRP, unlike its untreated counterparts, displays an additional preliminary reaction stage, facilitating a higher level of breakdown at lower temperatures. Moreover, solvolysis pre-treatment increased retention of the fibres’ mechanical properties by reducing the heat consumption during recycling. With a proper pre-treatment prior to thermal deterioration, the strength of the recycled fibres was preserved at up to 90.53% of their virgin state, which is 10.21% higher than the strength of recycled fibres recovered via thermal degradation only. To demonstrate the practicality of this research, a commercial bike’s fork and airplane scraps made of CFRP composites were successfully recycled using the hybrid approach developed in this research. The results validate the effects of chemical pre-treatment and also demonstrate the efficacy of coating removal on the mechanical characteristics of carbon fibres recovered from various types of CFRP for real-world applications.
