Los compuestos epóxicos reforzados con fibra livianos y altamente duraderos que consisten en fibra de vidrio o fibra de carbono incrustada en una matriz de polímero son materiales de alto rendimiento esenciales para la fabricación de palas de automóviles, barcos, aeronaves y turbinas eólicas.
Para 2025, alrededor de 25000 toneladas de palas de turbinas eólicas alcanzarán su vida útil cada año. Tradicionalmente, las palas de los aerogeneradores han sido difíciles de reciclar debido a las propiedades químicas del epoxi, que es una sustancia elástica y se considera un componente que no se puede descomponer en materiales reutilizables. Las resinas epoxi no son biodegradables y liberan gases tóxicos cuando se queman, lo que en última instancia conduce al vertedero como la principal forma de eliminarlas.
Varios países europeos han prohibido el vertido de palas de aerogeneradores debido a su ineficiencia e insostenibilidad, y se espera que más países lo implementen en el futuro. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de estrategias de reciclaje viables para las resinas epoxi y sus compuestos.
El proceso recién descubierto actualmente es una prueba de concepto de la estrategia de reciclaje y se puede aplicar a la gran mayoría de las palas de turbinas eólicas existentes y las palas que se encuentran actualmente en producción, así como a otros materiales a base de epoxi.
Los resultados se publicaron en la revista científica líder Nature y la Universidad de Aarhus, junto con el Instituto Danés de Tecnología, solicitaron una patente para el proceso.
Específicamente, los investigadores demostraron que al usar un catalizador a base de rutenio y los solventes isopropanol y tolueno, podían separar la matriz epoxi y liberar una de las unidades estructurales originales del polímero epoxi, bisfenol A, y fibras de vidrio intactas en un solo proceso.
Sin embargo, el método no es inmediatamente escalable porque el sistema catalítico no es lo suficientemente eficiente para la implementación industrial, y el rutenio es un metal raro y costoso. Por lo tanto, los científicos de la Universidad de Aarhus continúan mejorando el método.
"Sin embargo, vemos esto como un gran avance en el desarrollo de tecnologías duraderas que pueden crear una economía circular para materiales a base de epoxi. Esta es la primera publicación de procesos químicos que pueden descomponer selectivamente compuestos de resina epoxi y aislar uno de los materiales más importantes. "Los polímeros epoxi, así como los componentes importantes de las fibras de vidrio o carbono, no dañan estas últimas en el proceso", dijo Troels Skrydstrup, uno de los autores principales del estudio.
Troels Skrydstrup es profesor en el Departamento de Química y el Centro de Nanociencias Interdisciplinarias (iNANO) de la Universidad de Aarhus. La investigación fue apoyada por el proyecto CETEC (Economía circular para compuestos epoxi termoestables), una asociación entre Vestas, Oilon, el Instituto Danés de Tecnología y la Universidad de Aarhus.
En este estudio, los investigadores utilizaron una reacción en tándem de deshidrogenación/rotura de enlaces/reducción catalizada por Ru para romper el enlace C(alquil)-O más común en el polímero, que se puede usar para romper el enlace simple C(alquil)-O adyacente a la matriz BPA. Los investigadores demostraron la aplicación del método a resinas epoxi curadas con amina no modificadas y materiales compuestos comerciales, incluida la carcasa de las palas de las turbinas eólicas. Los resultados de los investigadores muestran que la recuperación química de resinas epoxi y compuestos termoestables es factible.
El experimento de deconstrucción catalítica de la resina epoxi mostró que se podía recuperar el 81 por ciento del BPA después de 4 días de reacción catalítica.
Con un enfoque general que se puede utilizar para la descomposición molecular de resinas epoxi curadas con amina, los investigadores estudiaron la aplicabilidad del protocolo para la descondensación de resinas epoxi reforzadas con fibras que contienen fibras en un alto porcentaje en peso además de la matriz polimérica. Después de 3 días, los compuestos se separaron claramente en fibras sueltas sin ningún tratamiento previo. mezcla de reacción de decantación; Después del lavado, se recuperó el 57 por ciento en peso de fibra de carbono y se aisló de la solución el 13 por ciento en peso de BPA.
Luego probó la carcasa de una pala de turbina eólica retirada de última generación. Esta muestra compuesta comercial se descompuso catalíticamente a fondo, dando como resultado un 50 por ciento en peso de fibra de vidrio y un 19 por ciento en peso de BPA.
En conclusión, para los componentes recuperados de los compuestos al final de su vida útil, se puede considerar una economía circular. En teoría, el bisfenol A altamente purificado obtenido del reciclaje se puede reutilizar en las cadenas de producción existentes, como las resinas epoxi, el policarbonato o el poliéster, en sustitución del BPA original producido a partir de la materia prima del petróleo. El proceso catalítico de los investigadores puede verse como una prueba de concepto, que demuestra que es factible lograr una economía circular para estos materiales valiosos y relevantes.
