Rice Üniversitesi araştırmacıları, ömrünü tamamlamış cam elyaf takviyeli plastikleri, yarı iletkenlerde ve zımpara kağıdında yaygın olarak kullanılan silisyum karbüre dönüştürmek için bir süreç geliştirdiler.
Cam elyaf takviyeli plastik (GFRP), uçak parçalarından yel değirmeni kanatlarına kadar geniş bir yelpazede kullanılmaktadır. Ancak, GFRP’nin çeşitli uygulamalarda sağlam olmasını sağlayan özelliklerinden dolayı imhası zor olabilmektedir. Sonuç olarak, çoğu GFRP atığı ömrünü tamamladığında çöp sahalarına gömülmektedir.
Bu soruna çözüm olarak, Rice Üniversitesi araştırmacıları ve işbirlikçileri, GFRP’yi yarı iletkenlerde, zımpara kağıdında ve diğer ürünlerde yaygın olarak kullanılan silisyum karbüre dönüştürmek için yeni, enerji açısından verimli bir ileri dönüşüm yöntemi geliştirdiler. Çalışma Nature Sustainability dergisinde yayınlanmıştır.
TT ve WF Chao Profesörü ve kimya, malzeme bilimi ve nanomühendislik profesörü olan James Tour, “GFRP çok büyük şeyler yapmak için kullanılıyor ve genellikle uçak kanat yapıları veya bir rüzgar türbininin tüm kanatları gibi büyük yapılar için kullanılıyor ve sonunda çöp sahalarına gömülüyor” dedi. “GFRP’nin bu şekilde imha edilmesi sürdürülemez. Ve şimdiye kadar onu geri dönüştürmenin iyi bir yolu yoktu.”
GFRP Atık Yönetimi
Düzenleyici kurumların ömrünü tamamlamış araçlara yönelik geri dönüşüm uygulamalarını gözden geçirmesi ve iyileştirmesi yönünde artan baskıyla birlikte, GFRP atıklarının yönetilmesi için daha iyi yöntemlere güçlü bir ihtiyaç duyulmaktadır. Bazıları GFRP’yi imha etmek için yakma veya solvoliz gibi yaklaşımlar geliştirmeye çalışsa da, Rice Akademisi Kıdemli Üyesi ve doktora sonrası araştırma görevlisi Yi Cheng, bu tür süreçlerin kaynak yoğun olduğunu ve çevre kirliliğine yol açma potansiyeline sahip olduğunu belirterek, ideal olmadığını ifade etti.
Cheng, “Bu malzemenin cam elyafının yüzeyinde plastik var ve plastiğin yakılması çok fazla zehirli gaz üretebilir” dedi. “GFRP’yi çözmeye çalışmak da sorunlu çünkü solventlerden çok fazla asit veya baz atığı üretebiliyor. Bu malzemeyle baş etmenin daha çevre dostu bir yolunu bulmak istedik.”
Zımpara Kağıdı Ve Yarı İletkenler İçin Silisyum Karbür
Tour’un laboratuvarı, orta derecede dirençli bir malzeme üzerinden akım geçirerek onu olağanüstü yüksek sıcaklıklara hızla ısıtan ve onu diğer maddelere dönüştüren flaş Joule ısıtma tekniğini kullanarak yeni atık imha ve geri dönüşüm uygulamalarıyla manşetlere çıktı. Tour, Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı’ndaki meslektaşlarından GFRP’nin imhasıyla ilgili sorunları öğrendiğinde, bu tür turbo ısıtmanın GFRP’yi yarı iletkenlerde ve zımpara kağıdında yaygın olarak kullanılan silisyum karbüre dönüştürebileceğini düşündüğünü belirtti.
Tour, “Metal klorür ve karbon karışımını flaş Joule ısıtmayla ısıtırsak metal karbür elde edebileceğimizi zaten biliyorduk ve bir gösteride silisyum karbür yaptık” dedi. “Böylece, GFRP’yi silisyum karbüre dönüştürecek bir süreç bulmak için bu çalışmadan yararlanabildik.”
Bu yeni süreç, GFRP’yi plastik ve karbondan oluşan bir karışım halinde öğütüyor; Karışımı iletken hale getirmek için gerektiğinde daha fazla karbon eklenir. Araştırmacılar daha sonra iki elektrot kullanarak yüksek voltaj uygulayarak sıcaklığı 1.600 ila 2.900°C (2.912 ila 5.252°F) kadar çıkarıyorlar.
Tour, “Bu yüksek sıcaklık, plastik ve karbonun silisyum karbüre dönüşmesini kolaylaştırıyor” diye açıkladı. “Farklı uygulamalar için kullanılabilecek iki farklı türde silisyum karbür üretebiliyoruz. Aslında bu tür silisyum karbürlerden biri, pil anot malzemesi olarak üstün kapasite ve hız performansı gösteriyor.”
Düşük Maliyetli Süreç Ölçeğinin Büyütülmesi Devam Ediyor
Bu ilk çalışma laboratuvar ölçeğinde bir kavram kanıtlama testi olsa da, Tour ve meslektaşları, süreci daha geniş kullanım için ölçeklendirmek üzere halihazırda dış şirketlerle çalışıyorlar. GFRP’yi ileri dönüştürmenin işletme maliyetleri kilogram başına 0,05 dolardan azdır; bu, yakma veya solvoliz yöntemlerinden çok daha ucuz ve çevre dostudur.
Bu yeni yöntemin ölçeğini uygun şekilde büyütmek zaman alacak ve iyi bir mühendislik gerektirecek, ancak Tour, laboratuvarının GFRP çöpünü silisyum karbür hazinesine dönüştürmek için sürdürülebilir bir yol geliştirebildiğinden heyecan duyduğunu belirtti.
