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.