Побороть отходы: теперь возможна вторичная переработка стеклопластика в карбид кремния
Армированный стекловолокном пластик (GFRP) — это прочный и долговечный композитный материал. Благодаря своим достоинствам он используется во многих отраслях, от частей самолётов до лопастей ветряных мельниц. Однако те же качества, которые делают его достаточно прочным, затрудняют утилизацию. В результате наибольшую часть отходов стеклопластика по истечении срока службы отправляют на свалку.
Исследователи из Университета Райса, США, разработали выгодный метод переработки GFRP в карбид кремния. Получаемый на выходе материал широко используют в полупроводниках, наждачной бумаге и других изделиях.
Профессор Джеймс Тур объяснил, что стеклопластик используется для изготовления очень крупных изделий, но по большей части в конце концов крылья самолётов или лопасти ветряных мельниц целиком выбрасывают на свалку. А всё потому, что до сих до сих пор не существовало приемлемого способа его переработки. В условиях возросшего давления со стороны регулирующих органов с требованием пересмотреть и усовершенствовать методы утилизации автомобилей с истекшим сроком службы возникла острая потребность в более совершенных методах обращения с отходами.
Некоторые пытались сжигать стеклопластик или разлагать путём сольволиза, то есть растворения. Но Йи Ченг, учёный из лаборатории Тура, сказал, что такие процессы далеки от идеала, поскольку они ресурсозатратные и усугубляют загрязнение окружающей среды.
GFRP содержит пластик поверх стекловолокна, и при сжигании выделяется много токсичных газов, продолжил Ченг. Попытки растворить стекловолокно также проблематичны, поскольку из растворителей получается много кислотных или щелочных отходов.
В лаборатории Тура пошли другим путём. И уже попали в заголовки газет с разработкой для утилизации отходов с использованием импульсного джоулева нагрева. Речь идёт о технологии, при которой электрический ток пропускаются через материал с умеренным сопротивлением для быстрого нагрева его до очень высоких температур и преобразования в другие вещества.
Тур сказал, что, когда он узнал о проблемах с утилизацией стекловолокна от коллег, то подумал, что турбонагрев может превратить стекловолокно в карбид кремния, широко используемый в полупроводниках и наждачной бумаге.

На первом этапе технологии стекловолокно измельчают и добавляют углерод в количестве, достаточном для электропроводности. Затем с помощью двух электродов за счёт напряжения смесь нагревается до 1600–2900 градусов Цельсия. Столь высокая температура обеспечивает превращение пластика и углерода в карбид кремния. Причём с таким подходом можно производить два разных вида карбида кремния для различных целей. Так, один из них отличается прекрасной ёмкостью как материал для аккумуляторных анодов.
Хотя описываемое исследование было лишь проверкой концепции в лаборатории, Тур с коллегами уже сотрудничают с коммерческими компаниями для практического масштабирования технологии. Эксплуатационные затраты на переработку стекловолокна составляют менее 0,05 $ за кг. А это намного дешевле, чем сжигание или сольволиз, и куда безвреднее для экологии.
Исследователи из Университета Райса, США, разработали выгодный метод переработки GFRP в карбид кремния. Получаемый на выходе материал широко используют в полупроводниках, наждачной бумаге и других изделиях.
Профессор Джеймс Тур объяснил, что стеклопластик используется для изготовления очень крупных изделий, но по большей части в конце концов крылья самолётов или лопасти ветряных мельниц целиком выбрасывают на свалку. А всё потому, что до сих до сих пор не существовало приемлемого способа его переработки. В условиях возросшего давления со стороны регулирующих органов с требованием пересмотреть и усовершенствовать методы утилизации автомобилей с истекшим сроком службы возникла острая потребность в более совершенных методах обращения с отходами.
Некоторые пытались сжигать стеклопластик или разлагать путём сольволиза, то есть растворения. Но Йи Ченг, учёный из лаборатории Тура, сказал, что такие процессы далеки от идеала, поскольку они ресурсозатратные и усугубляют загрязнение окружающей среды.
GFRP содержит пластик поверх стекловолокна, и при сжигании выделяется много токсичных газов, продолжил Ченг. Попытки растворить стекловолокно также проблематичны, поскольку из растворителей получается много кислотных или щелочных отходов.
В лаборатории Тура пошли другим путём. И уже попали в заголовки газет с разработкой для утилизации отходов с использованием импульсного джоулева нагрева. Речь идёт о технологии, при которой электрический ток пропускаются через материал с умеренным сопротивлением для быстрого нагрева его до очень высоких температур и преобразования в другие вещества.
Тур сказал, что, когда он узнал о проблемах с утилизацией стекловолокна от коллег, то подумал, что турбонагрев может превратить стекловолокно в карбид кремния, широко используемый в полупроводниках и наждачной бумаге.
Мы уже знали, что если нагреть смесь хлорида металла и углерода методом мгновенного джоулева нагрева, то можно получить карбид металла. В ходе эксперимента мы получили карбид кремния
— Джеймс Тур, профессор из Университета Райса.
— Джеймс Тур, профессор из Университета Райса.

На первом этапе технологии стекловолокно измельчают и добавляют углерод в количестве, достаточном для электропроводности. Затем с помощью двух электродов за счёт напряжения смесь нагревается до 1600–2900 градусов Цельсия. Столь высокая температура обеспечивает превращение пластика и углерода в карбид кремния. Причём с таким подходом можно производить два разных вида карбида кремния для различных целей. Так, один из них отличается прекрасной ёмкостью как материал для аккумуляторных анодов.
Хотя описываемое исследование было лишь проверкой концепции в лаборатории, Тур с коллегами уже сотрудничают с коммерческими компаниями для практического масштабирования технологии. Эксплуатационные затраты на переработку стекловолокна составляют менее 0,05 $ за кг. А это намного дешевле, чем сжигание или сольволиз, и куда безвреднее для экологии.
- Дмитрий Ладыгин
- vlcnn.ru; phys.org
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Откуда взялись артефакты из будущего в 4350-летней гробнице «хранителя тайн» фараона?
Ученые рассказали, кто наведывался в усыпальницу царского советника спустя века после похорон...
Самое секретное оружие: почему Сталин все-таки не применил его
Вместо этого советский лидер показал высший класс дипломатической игры, заставив Черчилля взять за горло Гитлера в буквальном смысле...
Кальмары захватывают океан: и ученые до последнего момента не знали, почему так происходит
Так что же стоит за стремительным наступлением этих щупальцевых...
Пробуждение спящего гиганта: почему в Сибири могут начаться безудержные выбросы метана
Поразительно, но Енисей оказался границей, по сторонам которой развиваются два совершенно климатических сценария. Но итог у них один...
На Марс можно слетать только раз в жизни. Да и то, космонавту придется удалить 30–40 органов
Почему российский ученый назвал полет к Красной планете настоящим преступлением?...
Что рассказала могила Беринга? И почему знаменитый портрет мореплавателя вообще неправильный?
Как исследование 1991 году разрушило факты, которые 250 лет подряд считались незыблемыми...
Пугающая Европа: ученые рассказали, зачем 5000 лет назад испанцы ели друг друга
Оказалось, что древние жители юга Испании практиковали каннибализм по-разному, но делали это поголовно...
Копал бомбоубежище для семьи, а нашел древние артефакты и сокровища
Эксперты считают, что найденные предметы имеют связь с Эблой, одним из крупнейших мегаполисов бронзового века...
Таинственные краски: зачем древние египтяне рисовали очень странными веществами?
Похоже, что для художников из долины Нила это были не просто изображения, а нечто гораздо большее...
NASA обнаружило на Марсе странные ямы: ученые теряются в догадках, как они образовались
За 14 лет на Красной планете Curiosity видел много интересного, но этот случай, похоже, самый загадочный...
Характер человек зависит от генов: ученые открыли сотни участков ДНК, программирующих наше поведение
Получается, что наша судьба предопределена? В какой-то степени да, но дьявол, как всегда, скрывается в деталях...
Грибники — это скрытые игроманы? Почему мнения специалистов разделились?
И надо ли опасаться за свое психическое здоровье любителям тихой охоты...