Els compostos epoxi reforçats amb fibra lleugers i molt duradors que consisteixen en fibra de vidre o fibra de carboni incrustada en una matriu de polímer són materials d'alt rendiment essencials per a la fabricació de pales d'automoció, vaixells, avions i aerogeneradors.
El 2025, unes 25,000 tones de pales d'aerogeneradors arribaran a la seva vida operativa cada any. Tradicionalment, les pales dels aerogeneradors han estat difícils de reciclar a causa de les propietats químiques de l'epoxi, que és una substància elàstica i es considera un component que no es pot descompondre en materials reutilitzables. Les resines epoxi no són biodegradables i alliberen gasos tòxics quan es cremen, la qual cosa, finalment, condueix a l'abocador com a principal forma d'eliminar-les.
L'abocador de pales d'aerogeneradors ha estat prohibit per diversos països europeus a causa de la seva ineficiència i insostenibilitat, i s'espera que sigui implementat per més països en el futur. Per tant, hi ha una necessitat urgent d'estratègies de reciclatge viables de resines epoxi i els seus compostos.
El procés recentment descobert actualment és una prova de concepte de l'estratègia de reciclatge i es pot aplicar a la gran majoria de pales i pales d'aerogeneradors existents actualment en producció, així com a altres materials basats en epoxi.
Els resultats es van publicar a la principal revista científica Nature i la Universitat d'Aarhus, juntament amb l'Institut Danès de Tecnologia, van sol·licitar una patent per al procés.
Concretament, els investigadors van demostrar que utilitzant un catalitzador a base de ruteni i dissolvents isopropanol i toluè, podrien separar la matriu epoxi i alliberar una de les unitats estructurals originals del polímer epoxi, bisfenol A i fibres de vidre intactes en un sol procés.
Tanmateix, el mètode no és immediatament escalable perquè el sistema catalític no és prou eficient per a la implementació industrial, i el ruteni és un metall rar i car. Per tant, els científics de la Universitat d'Aarhus continuen millorant el mètode.
"No obstant això, veiem això com un gran avenç en el desenvolupament de tecnologies duradores que poden crear una economia circular per als materials basats en epoxi. Aquesta és la primera publicació de processos químics que poden descompondre selectivament els compostos de resines epoxi i aïllar un dels materials més importants. "Els polímers epoxi, així com els components importants de les fibres de vidre o de carboni, no danyen aquestes últimes en el procés", va dir Troels Skrydstrup, un dels autors principals de l'estudi.
Troels Skrydstrup és professor del Departament de Química i del Centre de Nanociències Interdisciplinàries (iNANO) de la Universitat d'Aarhus. La investigació va comptar amb el suport del projecte CETEC (Economia circular per a compostos epoxi termoestables), una associació entre Vestas, Oilon, l'Institut Danès de Tecnologia i la Universitat d'Aarhus.
En aquest estudi, els investigadors van utilitzar una reacció en tàndem de deshidrogenació/ruptura d'enllaç/reducció catalitzada per Ru per trencar l'enllaç C (alquil)-O més comú del polímer, que es pot utilitzar per trencar l'enllaç únic C (alquil)-O. adjacent a la matriu BPA. Els investigadors van demostrar l'aplicació del mètode a resines epoxi curades amb amina no modificades i materials compostos comercials, inclosa la carcassa de les pales de les turbines eòliques. Els resultats dels investigadors mostren que la recuperació química d'epoxis termoestables i compostos és factible.
L'experiment de deconstrucció catalítica de la resina epoxi va demostrar que el 81 per cent de BPA es podria recuperar després de 4 dies de reacció catalítica.
Amb un enfocament general que es pot utilitzar per a la descomposició molecular d'epoxis curats amb amines, els investigadors es van dirigir a investigar l'aplicabilitat del protocol per a la descondificació d'epoxis reforçats amb fibres que contenen fibres en un alt percentatge de pes a més de la matriu polimèrica. Després de 3 dies, els compostos es van separar clarament en fibres soltes sense cap tractament previ. Mescla de reacció de decantació; Després del rentat, es va recuperar el 57% en pes de fibra de carboni i el 13% en pes de BPA es va aïllar de la solució.
A continuació, va provar la carcassa d'una pala d'aerogenerador retirada d'última generació. Aquesta mostra composta comercial es va descompondre catalíticament a fons, donant lloc a un 50% en pes de fibra de vidre i un 19% en pes de BPA.
En conclusió, per als components recuperats dels compostos al final de la seva vida útil, es pot considerar una economia circular. El bisfenol A altament purificat obtingut del reciclatge es pot reutilitzar teòricament en cadenes de producció existents com resines epoxi, policarbonat o polièster, substituint el BPA original produït a partir de la matèria primera del petroli. El procés catalític dels investigadors es pot veure com una prova de concepte, que demostra que és factible aconseguir una economia circular per a aquests materials valuosos i rellevants.
