Soluzioni rivoluzionarie per il riciclaggio delle fibre di carbonio a vantaggio dell’industria Nuove tecniche per il riciclaggio e il riutilizzo delle fibre di carbonio potrebbero aiutare i settori ad alta intensità energetica, come quello dell’aviazione, a ridurre la propria impronta carbonica e a raggiungere una maggiore circolarità. Tecnologie industriali © Aappp, Shutterstock I polimeri rinforzati con fibra di carbonio sono materiali compositi ampiamente utilizzati in una vasta gamma di impegnative applicazioni ingegneristiche, in particolare nel campo della costruzione di veicoli aerei e spaziali. Essi sono inoltre utilizzati in altri settori dove vengono apprezzate la resistenza e la leggerezza, come ad esempio nella produzione di articoli sportivi di alta qualità e nell’industria dei componenti automobilistici. «In termini generali, le matrici polimeriche sono relativamente deboli», spiega il direttore scientifico del progetto CUSTOMISIZE Marc Martín presso l’azienda spagnola Leitat. «Rinforzando i polimeri con fibre di carbonio più rigide si migliora in modo significativo la resistenza del composito finale senza comprometterne il peso.» La sfida del riciclaggio La riciclabilità rappresenta una questione di importanza fondamentale. Una percentuale superiore al 30 % di tutte le fibre di carbonio prodotte diventa rifiuto durante una delle fasi del processo di produzione, oppure finisce per essere un componente al termine del proprio ciclo di vita. Affrontare questo problema significherebbe poter offrire una significativa opportunità a livello ambientale ed economico per le industrie ad alta intensità energetica, come quella dell’aviazione. Ciononostante, ad oggi una delle principali sfide è stata rappresentata dall’ottenimento di una fibra di carbonio riciclata che mantenesse le stesse proprietà meccaniche di cui è dotata la fibra di carbonio vergine. «Le prestazioni di qualsiasi materiale composito sono fortemente connesse all’adesione tra la matrice ospite e la fibra di rinforzo», osserva Martín. «Le fibre di carbonio riciclate possiedono solitamente meno di un quarto dell’ossigeno disponibile in superficie in confronto alla fibra vergine, il che comporta una riduzione nell’adesione.» La complessità tecnica associata al superamento di questo ostacolo, congiuntamente alla domanda dell’industria per avere a disposizione un materiale della più elevata qualità possibile, ha portato alla mancata approvazione del settore industriale di materiali riciclati per applicazioni di fascia alta, come i velivoli. Benefici per l’industria Per affrontare queste sfide, CUSTOMISIZE ha concentrato l’attenzione sull’individuazione e sullo sviluppo di nuovi processi e metodi per recuperare le fibre di carbonio. Il progetto ha inoltre puntato a migliorare l’adesione tra tali fibre e le matrici polimeriche ricoprendo ogni singola fibra con un sottile rivestimento omogeneo applicato nel corso del processo di produzione (una procedura chiamata finitura superficiale). «In primo luogo abbiamo preso in esame l’attuale letteratura scientifica in materia di trattamenti superficiali delle fibre di carbonio», afferma Martín. «Prendendo in considerazione lo stato dell’arte, abbiamo quindi sviluppato vari processi di finitura superficiale per diverse matrici polimeriche.» Il passo successivo era costituito dalla produzione di compositi rinforzati che integrassero la fibra di carbonio riciclata insieme alle tecniche di finitura superficiale di nuova concezione. I materiali riciclati hanno avuto origine da due diversi processi di riciclaggio, la termolisi dell’acqua vaporizzata e la pirolisi. Sono stati infine svolti i test meccanici sui compositi allo scopo di raffrontare le prestazioni di finitura superficiale. Il progetto ha confermato che ottenere proprietà meccaniche di alta fascia con la fibra di carbonio riciclata è tuttora un compito molto impegnativo. Nonostante le difficoltà incontrate, tuttavia, sono state realizzate diverse importanti scoperte. Per esempio, alcune fibre di carbonio riciclate mediante pirolisi hanno dimostrato proprietà meccaniche migliori rispetto ai materiali prodotti tramite termolisi dell’acqua vaporizzata. Sono stati inoltre compiuti dei miglioramenti nei metodi di applicazione della finitura superficiale per le fibre di carbonio. «Il prossimo passo è costituito dall’ampliamento dei nostri trattamenti di finitura superficiale dalla scala di laboratorio a quella di impianto pilota», aggiunge Martín. «Ciò contribuirà a dimostrare una quantità più elevata di potenziali utilizzi finali, come ad esempio cruscotti di automobili e articoli sportivi.» L’aviazione, uno dei settori con il tasso di crescita più rapido tra le fonti di emissioni di gas serra, resterà il principale mercato potenziale. Quest’industria, motivata dal duplice obiettivo di ridurre il peso e incrementare l’efficienza del combustibile, è il maggior consumatore di fibra di carbonio. «Nel corso dei prossimi 20 anni, più o meno 12 000 velivoli raggiungeranno la fine della propria vita utile», osserva Martín. «Al momento non esiste alcun processo efficiente per il riciclaggio di componenti preziosi rinforzati con fibre di carbonio. Ci auguriamo che i risultati ottenuti e le lezioni apprese nel corso dello svolgimento del progetto CUSTOMISIZE porteranno nel futuro alla realizzazione di processi di riciclaggio della fibra di carbonio più efficienti e redditizi.» Parole chiave CUSTOMISIZE, carbonio, polimeri, aviazione, ingegneria, riciclabilità, velivolo
