29 年 2024 月 XNUMX 日 (Nanowerkニュース) ガラス繊維強化プラスチック (GFRP) は、強くて耐久性のある複合材料であり、航空機の部品から風車の羽根に至るまで、あらゆるものに広く使用されています。しかし、GFRP はさまざまな用途に使用できるほど堅牢であるため、廃棄が困難です。そのため、ほとんどの GFRP 廃棄物は寿命に達すると埋め立て地に埋められます。で発表された研究によると、 自然の持続可能性 (「廃ガラス繊維強化プラスチックの炭化ケイ素へのフラッシュアップサイクル」）、ライス大学の研究者と共同研究者は、ガラス繊維強化プラスチック（GFRP）を、半導体、サンドペーパー、その他の製品に広く使用されている炭化ケイ素に変換する、新しいエネルギー効率の高いアップサイクル方法を開発しました。 「GFRPは非常に大きなものの製造に使用されており、ほとんどの場合、最終的には飛行機の翼構造や風力タービンの風車ブレードを丸ごと埋め立て地に埋めることになります」とTTとWFのチャオ教授兼教授のジェームス・ツアー氏は語った。化学、材料科学、ナノエンジニアリングの分野です。 「この方法でGFRPを処分することは、まさに持続不可能です。そして今まで、それをリサイクルする良い方法はありませんでした。」
フラッシュ ジュール加熱は、適度な抵抗の材料に電流を流し、材料を急速に非常に高い温度まで加熱し、別の物質に変える技術です。 (写真提供: Jeff Fitlow、ライス大学) 使用済み自動車のリサイクル慣行の見直しと改善を求める規制当局からの圧力が高まる中、GFRP 廃棄物を管理するためのより良い方法が強く求められています。 GFRPを除去するために焼却や加溶媒分解を使用するアプローチを開発しようとする人もいるが、ツアー研究室で働く博士研究員でライスアカデミージュニアフェローのイー・チェン氏は、そのようなプロセスは資源を大量に消費し、環境汚染の原因となります。
「この素材はガラス繊維の表面にプラスチックがあり、プラスチックを焼却すると大量の有毒ガスが発生する可能性がある」とチェン氏は述べた。 「GFRPを溶解しようとすると、溶媒から大量の酸や塩基の廃棄物が発生する可能性があるため、問題もあります。 私たちはこの素材を扱う、より環境に優しい方法を見つけたいと考えていました。」ツアー氏の研究室は、フラッシュジュール加熱を使用した新しい廃棄物処理およびリサイクル用途の開発ですでに注目を集めている。フラッシュジュール加熱は、適度な抵抗の材料に電流を流して、材料を急速に非常に高い温度まで加熱し、他の物質に変換する技術である。 ツアー氏は、国防高等研究計画局の同僚からGFRPの廃棄に伴う問題について聞いたとき、この種のターボ加熱によってGFRPを半導体やサンドペーパーに広く使われる炭化ケイ素に変えることができるのではないかと考えたと語った。
「金属塩化物と炭素の混合物をフラッシュジュール加熱で加熱すると金属炭化物が得られることはすでにわかっていました。あるデモンストレーションでは炭化ケイ素を製造しました」とトゥール氏は語った。 「そこで私たちはその研究を活用して、GFRPを炭化ケイ素に変換するプロセスを考案することができました。」この新しいプロセスでは、GFRP をプラスチックとカーボンの混合物に粉砕し、必要に応じてさらにカーボンを追加して混合物を導電性にします。 次に研究者らは、1,600つの電極を使用してそれに高電圧を印加し、その温度を摂氏2,900～2,912度（華氏5,252～XNUMX度）まで上昇させます。
「その高温により、プラスチックとカーボンの炭化ケイ素への変化が促進されます」とツアー氏は説明しました。 「私たちは 2 種類の炭化ケイ素を製造でき、異なる用途に使用できます。 実際、これらのタイプの炭化ケイ素の 1 つは、バッテリーの負極材料として優れた容量とレート性能を示します。」この最初の研究は実験室のベンチスケールでの概念実証テストでしたが、ツアー氏らはすでに外部企業と協力してプロセスを拡大し、より広く使用できるように取り組んでいます。 GFRP をアップサイクルするための運用コストは 0.05 キログラムあたり XNUMX ドル未満で、焼却や加溶媒分解よりもはるかに安く、環境に優しいです。
この新しいフラッシュ アップサイクル手法を適切にスケールアップするには、時間と優れたエンジニアリングが必要だとツアー氏は述べています。 同氏は、自身の研究室がGFRPのゴミを炭化ケイ素の宝物に変える持続可能な方法を開発できたことに興奮していると語った。
「このGFRPは通常は埋め立て地に送られる廃棄物ですが、今では人類を助けることができる使用可能な製品に変えることができます。」と彼は言いました。 「これはまさに、循環経済をサポートするために必要なアプローチです。
フラッシュ ジュール加熱は、適度な抵抗の材料に電流を流し、材料を急速に非常に高い温度まで加熱し、別の物質に変える技術です。 (写真提供: Jeff Fitlow、ライス大学) 使用済み自動車のリサイクル慣行の見直しと改善を求める規制当局からの圧力が高まる中、GFRP 廃棄物を管理するためのより良い方法が強く求められています。 GFRPを除去するために焼却や加溶媒分解を使用するアプローチを開発しようとする人もいるが、ツアー研究室で働く博士研究員でライスアカデミージュニアフェローのイー・チェン氏は、そのようなプロセスは資源を大量に消費し、環境汚染の原因となります。
「この素材はガラス繊維の表面にプラスチックがあり、プラスチックを焼却すると大量の有毒ガスが発生する可能性がある」とチェン氏は述べた。 「GFRPを溶解しようとすると、溶媒から大量の酸や塩基の廃棄物が発生する可能性があるため、問題もあります。 私たちはこの素材を扱う、より環境に優しい方法を見つけたいと考えていました。」ツアー氏の研究室は、フラッシュジュール加熱を使用した新しい廃棄物処理およびリサイクル用途の開発ですでに注目を集めている。フラッシュジュール加熱は、適度な抵抗の材料に電流を流して、材料を急速に非常に高い温度まで加熱し、他の物質に変換する技術である。 ツアー氏は、国防高等研究計画局の同僚からGFRPの廃棄に伴う問題について聞いたとき、この種のターボ加熱によってGFRPを半導体やサンドペーパーに広く使われる炭化ケイ素に変えることができるのではないかと考えたと語った。
「金属塩化物と炭素の混合物をフラッシュジュール加熱で加熱すると金属炭化物が得られることはすでにわかっていました。あるデモンストレーションでは炭化ケイ素を製造しました」とトゥール氏は語った。 「そこで私たちはその研究を活用して、GFRPを炭化ケイ素に変換するプロセスを考案することができました。」この新しいプロセスでは、GFRP をプラスチックとカーボンの混合物に粉砕し、必要に応じてさらにカーボンを追加して混合物を導電性にします。 次に研究者らは、1,600つの電極を使用してそれに高電圧を印加し、その温度を摂氏2,900～2,912度（華氏5,252～XNUMX度）まで上昇させます。
「その高温により、プラスチックとカーボンの炭化ケイ素への変化が促進されます」とツアー氏は説明しました。 「私たちは 2 種類の炭化ケイ素を製造でき、異なる用途に使用できます。 実際、これらのタイプの炭化ケイ素の 1 つは、バッテリーの負極材料として優れた容量とレート性能を示します。」この最初の研究は実験室のベンチスケールでの概念実証テストでしたが、ツアー氏らはすでに外部企業と協力してプロセスを拡大し、より広く使用できるように取り組んでいます。 GFRP をアップサイクルするための運用コストは 0.05 キログラムあたり XNUMX ドル未満で、焼却や加溶媒分解よりもはるかに安く、環境に優しいです。
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- 情報源： https://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=64759.php
