يتم تحويل الألياف الزجاجية التي انتهت صلاحيتها إلى كربيد السيليكون! تم تطوير طريقة جديدة أخرى لإعادة تدوير الألياف الزجاجية في الخارج
الألياف الزجاجيةيُستخدم البلاستيك المقوى (GFRP) في مجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من مكونات الطائرات وحتى شفرات توربينات الرياح. ولكن على وجه التحديد بسبب قوتها وتعدد استخداماتها،الألياف الزجاجيةومن الصعب جدًا التخلص منها أيضًا. ونتيجة لذلك، يتم دفن معظم نفايات الألياف الزجاجية في مدافن النفايات بعد أن تصل إلى نهاية عمرها الإنتاجي.
ولمعالجة هذه المشكلة، طور الباحثون والمتعاونون في جامعة رايس طريقة جديدة لإعادة التدوير موفرة للطاقة، والتي تحول GFRP إلى كربيد السيليكون، والذي يستخدم على نطاق واسع في أشباه الموصلات وورق الصنفرة وغيرها من المنتجات. ونُشر البحث في مجلة Nature Sustainability.
وقال جيمس تور، أستاذ الكيمياء وعلوم المواد وهندسة النانو: "يستخدم GFRP لصنع أشياء كبيرة جدا، وفي معظم الحالات ينتهي بنا الأمر إلى دفن هيكل جناح الطائرة بالكامل أو شفرات توربينات الرياح في مكب النفايات". في رايس." إن التخلص من GFRP بهذه الطريقة ليس مستدامًا. وحتى الآن، لا توجد طرق جيدة لإعادة التدوير."
1. إدارة النفايات GFRP
مع تزايد الضغط من الهيئات التنظيمية لتعديل وتحسين طرق إعادة تدوير المركبات المنتهية، هناك حاجة ماسة إلى طرق أفضل لإدارة نفايات GFRP. في حين حاول البعض تطوير طرق لمعالجة GFRP باستخدام الحرق أو الذوبان، يقول يي تشينغ، وهو باحث مساعد ما بعد الدكتوراه يعمل في مختبر تور وزميل مبتدئ في كلية رايس، إن هذه الأساليب ليست مثالية لأنها كثيفة الاستخدام للموارد و تسبب التلوث البيئي.
يقول تشينغ: "تحتوي هذه المادة على بلاستيك على سطح الألياف الزجاجية، وينتج عن حرق البلاستيك الكثير من الأبخرة السامة. كما أن محاولة إذابة GFRP تمثل مشكلة أيضًا لأن المذيبات تنتج كميات كبيرة من النفايات الحمضية أو القلوية. أردنا العثور على المزيد طريقة صديقة للبيئة للتعامل مع هذه المادة."
2. كربيد السيليكون لورق الصنفرة وأشباه الموصلات
لقد تصدر مختبر Tull بالفعل عناوين الأخبار لتطوير تطبيقات جديدة لمعالجة النفايات وإعادة تدويرها باستخدام تقنية التسخين السريع بالجول. تسخين فلاش جول هو تقنية تقوم بتمرير تيار كهربائي عبر مادة ذات مقاومة كهربائية معتدلة لتسخينها بسرعة إلى درجات حرارة عالية جدًا وتحويلها إلى مواد أخرى. يقول تور إنه عندما علم بالمشكلات المرتبطة بمعالجة GFRP من زملائه في وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة التابعة لوزارة الدفاع الأمريكية، اعتقد أن هذا النوع من التسخين التوربيني يمكن أن يحول GFRP إلى كربيد السيليكون، الذي يستخدم على نطاق واسع في أشباه الموصلات وورق الصنفرة. يقول تور: "لقد عرفنا بالفعل أننا إذا قمنا بتسخين خليط من كلوريد المعدن والكربون عن طريق التسخين الوميض في الجول، فيمكننا الحصول على كربيدات معدنية - وفي أحد العروض، صنعنا كربيد السيليكون". لذلك تمكنا من استخدام هذا العمل في المستقبل مع عملية تحويل GFRP إلى كربيد السيليكون."
تعمل هذه العملية الجديدة على طحن GFRP وتحويله إلى خليط من البلاستيك والكربون؛ ويضاف المزيد من الكربون إذا لزم الأمر لجعل الخليط موصلاً للكهرباء. ثم قام الباحثون بتطبيق الجهد العالي باستخدام قطبين كهربائيين لرفع درجة حرارته إلى 1600 ~ 2900 درجة. "تعزز درجة الحرارة المرتفعة تحويل البلاستيك والكربون إلى كربيد السيليكون،" يوضح تور. "يمكننا صنع نوعين مختلفين من كربيد السيليكون، والتي يمكن استخدامها لأغراض مختلفة. في الواقع، يُظهر أحد كربيدات السيليكون قدرة ممتازة و معدل الأداء كمادة أنود البطارية."
3. يجري الآن توسيع نطاق العملية منخفضة التكلفة
في حين أن هذا البحث الأولي كان بمثابة اختبار لإثبات المفهوم على نطاق واسع في المختبر، فقد بدأ تور وزملاؤه العمل مع شركات خارجية لتوسيع نطاق العملية لاستخدامها على نطاق أوسع. تبلغ تكلفة إعادة تدوير GFRP أقل من $0.05 للكيلوغرام الواحد، وهو أرخص بكثير وأكثر صداقة للبيئة من الحرق أو الذوبان. سيستغرق الأمر بعض الوقت وبعض الهندسة الجيدة لتوسيع نطاق هذه الطريقة الجديدة بشكل صحيح، لكن تور يقول إنه متحمس لأن مختبره تمكن من تطوير طريقة مستدامة لتحويل نفايات GFRP إلى كربيد السيليكون.
