Le plastiche rinforzate con fibra di carbonio stanno acquisendo importanza come componenti degli aerei. La tendenza sta aumentando la necessità di concetti di riciclaggio sostenibile. All'ILA dal 25 al 29 aprile, 2018 a Berlino, Fraunhofer presenterà una tecnologia che converte le fibre di carbonio riciclate in materiali per batterie e celle a combustibile. Ciò consente di risparmiare sui costi, migliora il bilancio di CO2 e apre nuovi mezzi di riciclaggio nella produzione di aeromobili.

I moderni aerei a fusoliera larga oggi sono costituiti per oltre il 50 percento da plastica rinforzata con fibra di carbonio (CFRP). Il materiale è installato, Per esempio, su una vasta area nelle ali o fusoliera. Con fibre di carbonio incorporate in una matrice plastica, il composito è più leggero dei materiali utilizzati in precedenza, pur essendo molto stabile. Il vantaggio decisivo per l'aviazione:grazie al loro peso ridotto, gli aeroplani hanno bisogno di meno carburante. "La produzione e la lavorazione del CFRP attualmente richiedono molto tempo. La domanda di concetti di riciclaggio sostenibili è quindi in costante aumento, " osserva Elisa Seiler, scienziato presso l'Istituto Fraunhofer per la tecnologia chimica ICT a Pfinztal, Germania. Le quantità di materiale riciclato CFRP sono enormi:per l'Airbus 350, Per esempio, aggiungono fino a oltre 65 tonnellate. "Oltre a questo ci sono altre rilevanti quantità di scarto che si presentano già durante la produzione, "aggiunge Seiler.

Piastra bipolare prodotta

Il Fraunhofer ICT ha molti anni di esperienza nello sviluppo di tecnologie per le materie plastiche rinforzate con fibre. All'ILA, la fiera dell'aviazione e dell'innovazione aerospaziale, gli scienziati stanno presentando un concetto che verrà utilizzato per recuperare materiali per batterie e celle a combustibile da fibre di carbonio riciclate. Insieme ai partner, è stato possibile utilizzare fibre di carbonio recuperate per produrre un prototipo di piastra bipolare – un elettrodo – su scala industriale. Il risultato si basa sulla ricerca dei progetti "Graphit 2.0" e "RETRO".

"Gli azionamenti elettrici sono ora un argomento serio anche nel settore dell'aviazione. I produttori possono eseguire direttamente il riciclaggio preservando il valore trasferendo i materiali da un'applicazione all'altra, " dice Seiler. Le fibre di carbonio sono elettricamente conduttive e sono adatte come sostituto della grafite naturale, che consiste anche in carbonio:una materia prima fondamentale per le risorse per l'economia tedesca che attualmente deve essere importata dalla Cina con grandi spese.

Cibo per la stampa 3D

Un altro vantaggio:CFRP riciclato può essere utilizzato per processi di produzione additiva come la stampa 3D. "Questo è anche un argomento di tendenza nel settore che rende i processi di produzione più efficienti e consente di risparmiare sui costi, " dice Seiler. Dopo tutto, I produttori di aeromobili devono inoltre conformarsi ai requisiti dell'Unione Europea (UE) in vigore dal 2015:fino all'85% del peso medio di un veicolo usato deve essere riciclato. Inoltre:in Germania, è vietato lo smaltimento in discarica di CFRP, e gli impianti di incenerimento dei rifiuti possono rifiutarsi di accettare il materiale.

Pirolisi con radiazione a microonde

Gli esperti CFRP hanno sviluppato uno speciale processo con il quale le fibre di carbonio possono essere recuperate dalla matrice plastica. Fare così, usano radiazioni a microonde per bruciare la matrice plastica che circonda le fibre. In modo che le fibre non brucino a temperature fino a 900 gradi Celsius, la combustione deve essere effettuata senza ossigeno. "In gergo tecnico, questo è chiamato decomposizione pirolitica, " Spiega Seiler. Il vantaggio della radiazione a microonde:efficienza energetica:non è più necessario riscaldare un intero forno, solo il componente stesso. I colleghi del dipartimento Polymer Engineering del Fraunhofer ICT incastonano le fibre recuperate in materiale termoplastico. Questo materiale composito ha proprietà simili alla grafite ed è adatto alla produzione di lastre bipolari. "Il nostro prototipo ha superato tutti i test di conducibilità, densità e resistenza alla corrosione perfettamente, " riferisce Seiler.

"Abbiamo dimostrato che è generalmente possibile utilizzare fibre di CFRP riciclate per produrre piastre bipolari per batterie e celle a combustibile. Ciò dimostra che il riciclaggio funziona in un approccio olistico. Ciò è particolarmente interessante per l'industria aeronautica, " afferma Seiler riassumendo il valore aggiunto del lavoro di ricerca. Sia il CFRP riciclato che i piatti bipolari da esso realizzati possono essere visti all'ILA. I prossimi passi fino all'inizio dell'estate sono la caratterizzazione dei piatti bipolari nella cella della batteria rete e studi riguardanti la valutazione del ciclo di vita. "Quindi, vogliamo mettere a punto la tecnologia in modo da poter produrre in serie lastre bipolari da CFRP riciclato, ad esempio con un partner aereo, " conclude Seiler.