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
В Красноярске обнаружены следы глобальной катастрофы, случившейся 12 800 лет назад
Это было внезапно, ужасно и очень быстро: гигантская волна или ударная волна прошлась по этим местам, сметая все на своем пути и перетасовывая кости людей,...
Почему Христос умер на кресте быстрее, чем разбойники: ученые объяснили эпизод из Нового Завета
Поразительно, но это был целый клубок событий, которые произошли в последние сутки до распятия...
Атомная катастрофа Гитлера: оказывается, немцы едва не устроили собственную Хиросиму еще в 1942 году
Почему громкая авария в лаборатории поставила жирный крест на мечтах Германии поработить всю планету?...
Кто убивает итальянских волков: зоологи были потрясены кадрами с автоматической камеры
Трагический эпизод показал, что некоторые зоологические теории придется кардинально пересмотреть. У серых хищников есть неожиданные враги...
Какую тайну хранит загадочное яйцо из Антарктиды возрастом 68 млн лет?
В истории было все: научный детектив, круг подозреваемых и даже палеонтологическая сенсация...
300-летний секрет «золотых» скрипок Страдивари наконец-то разгадан?
И почему ученые в поисках тайны забрели в отдаленную долину в самом сердце Итальянских Альп?...
Киты-убийцы замечены в каннибализме? Российские ученые обнаружили окровавленные плавники на берегу
Эта «война», по словам исследователей, продолжается уже… 100 000 лет...
Обнаружена древнейшая карта ночного неба, которая 2000 лет считалась утраченной навсегда
Это был настоящий научный детектив: текст скрывался в неожиданном месте. Современные технологии доказали, что написанное раз стереть полностью уже невозможно...
«Кровавая» история водопада Блад-Фоллс: почему ученые сравнивают это место с Марсом?
Эта антарктическая аномалия больше века не давала покоя исследователям, но в 2018 году завеса тайны все же приоткрылась...
80 лет без Звезды Героя: почему офицер, поставивший Знамя Победы, не получил заслуженную награду при жизни?
Только указ Президента России смог исправить одну из самых вопиющих несправедливостей в советской истории...
Каменный топор со дна реки может переписать древнейшую историю Сибири
По словам ученых, получился отличный научный детектив: добыча золота, артефакт бронзового века, забытая цивилизация...
Американский «Чернобыль-80»: эта катастрофа едва не изменила всю историю США
Эксперты говорят: лишь счастливая случайность не позволила взорваться заряду в 600 (!) раз мощнее хиросимской бомбы...