อีพ็อกซี่คอมโพสิทเสริมแรงด้วยไฟเบอร์น้ำหนักเบาและทนทานสูง ซึ่งประกอบด้วยใยแก้วหรือคาร์บอนไฟเบอร์ที่ฝังอยู่ในพอลิเมอร์เมทริกซ์เป็นวัสดุประสิทธิภาพสูงที่จำเป็นสำหรับการผลิตยานยนต์ เรือ เครื่องบิน และใบพัดกังหันลม
ภายในปี 2025 ใบพัดกังหันลมประมาณ 25,000 ตันจะมีอายุการใช้งานทุกปี ตามเนื้อผ้า ใบพัดของกังหันลมรีไซเคิลได้ยากเนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีของอีพ็อกซี่ซึ่งเป็นสารที่ยืดหยุ่นและถือเป็นส่วนประกอบที่ไม่สามารถแยกย่อยเป็นวัสดุที่นำมาใช้ใหม่ได้ อีพอกซีเรซินไม่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพและปล่อยก๊าซพิษเมื่อถูกเผา ซึ่งท้ายที่สุดจะนำไปสู่การฝังกลบซึ่งเป็นวิธีหลักในการกำจัดสิ่งเหล่านี้
การฝังกลบใบพัดของกังหันลมถูกห้ามโดยหลายประเทศในยุโรปเนื่องจากความไม่มีประสิทธิภาพและความไม่ยั่งยืน และคาดว่าจะมีการดำเนินการในหลายประเทศในอนาคต ดังนั้นจึงมีความจำเป็นเร่งด่วนสำหรับกลยุทธ์การรีไซเคิลที่ใช้งานได้สำหรับอีพอกซีเรซินและวัสดุผสม
กระบวนการที่เพิ่งค้นพบในปัจจุบันเป็นการพิสูจน์แนวคิดของกลยุทธ์การรีไซเคิล และสามารถนำไปใช้กับใบพัดและใบพัดของกังหันลมส่วนใหญ่ที่มีอยู่ซึ่งอยู่ในระหว่างการผลิต รวมทั้งวัสดุอีพ็อกซี่อื่นๆ
ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ชั้นนำอย่าง Nature และมหาวิทยาลัย Aarhus ร่วมกับสถาบันเทคโนโลยีแห่งเดนมาร์ก ได้ยื่นขอจดสิทธิบัตรสำหรับกระบวนการนี้
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีรูทีเนียมและตัวทำละลายไอโซโพรพานอลและโทลูอีน พวกเขาสามารถแยกอิพอกซีเมทริกซ์และปล่อยหนึ่งในหน่วยโครงสร้างดั้งเดิมของพอลิเมอร์อีพอกซี บิสฟีนอล เอ และเส้นใยแก้วที่ไม่บุบสลายในกระบวนการเดียว
อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้ไม่สามารถปรับขนาดได้ทันทีเนื่องจากระบบเร่งปฏิกิริยาไม่มีประสิทธิภาพเพียงพอสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม และรูทีเนียมเป็นโลหะที่หายากและมีราคาแพง นักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัย Aarhus จึงดำเนินการปรับปรุงวิธีการนี้ต่อไป
"อย่างไรก็ตาม เราเห็นว่านี่เป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีที่ทนทานซึ่งสามารถสร้างเศรษฐกิจหมุนเวียนสำหรับวัสดุที่มีส่วนประกอบของอีพ็อกซีเป็นพื้นฐาน นี่เป็นสิ่งพิมพ์ฉบับแรกของกระบวนการทางเคมีที่สามารถคัดเลือกการย่อยสลายวัสดุผสมอีพอกซีเรซินและแยกหนึ่งในวัสดุที่สำคัญที่สุด Troels Skrydstrup หนึ่งในผู้เขียนหลักของการศึกษากล่าวว่า "อีพอกซีโพลิเมอร์ ตลอดจนส่วนประกอบสำคัญของแก้วหรือเส้นใยคาร์บอน จะไม่สร้างความเสียหายต่อวัสดุหลังในกระบวนการนี้"
Troels Skrydstrup เป็นศาสตราจารย์ประจำภาควิชาเคมีและศูนย์สหวิทยาการนาโนศาสตร์ (iNANO) ที่มหาวิทยาลัย Aarhus การวิจัยได้รับการสนับสนุนโดยโครงการ CETEC (Circular Economy for Thermoset Epoxy Composites) ซึ่งเป็นความร่วมมือระหว่าง Vestas, Oilon, สถาบันเทคโนโลยีแห่งเดนมาร์ก และมหาวิทยาลัย Aarhus
ในการศึกษานี้ นักวิจัยใช้ปฏิกิริยา Ru-catalyzed dehydrogenation/bond break/reduction tandem เพื่อทำลายพันธะ C(alkyl)-O ที่พบมากที่สุดในโพลิเมอร์ ซึ่งสามารถใช้ทำลายพันธะเดี่ยว C(alkyl)-O ติดกับเมทริกซ์ BPA นักวิจัยได้สาธิตการประยุกต์ใช้วิธีการนี้กับอีพอกซีเรซินที่บ่มด้วยอะมีนและวัสดุเชิงประกอบเชิงพาณิชย์ที่ไม่ผ่านการปรับปรุง รวมถึงปลอกของใบพัดกังหันลม ผลของนักวิจัยแสดงให้เห็นว่าการคืนสภาพทางเคมีของอีพอกซีและคอมโพสิตแบบเทอร์โมเซ็ตเป็นไปได้
การทดลองการแยกส่วนประกอบของตัวเร่งปฏิกิริยาของอีพอกซีเรซินพบว่า 81 เปอร์เซ็นต์ของ BPA สามารถกู้คืนได้หลังจาก 4 วันของปฏิกิริยาการเร่งปฏิกิริยา
ด้วยวิธีการทั่วไปที่สามารถใช้สำหรับการสลายตัวระดับโมเลกุลของอีพอกซีที่บ่มด้วยเอมีน ผู้วิจัยจึงหันไปตรวจสอบการบังคับใช้ของโปรโตคอลสำหรับการแยกสภาพของอีพอกซีที่เสริมด้วยไฟเบอร์ซึ่งมีเส้นใยด้วยเปอร์เซ็นต์น้ำหนักสูงนอกเหนือไปจากเมทริกซ์โพลิเมอร์ หลังจากผ่านไป 3 วัน ส่วนประกอบจะแยกออกเป็นเส้นใยหลวมๆ อย่างชัดเจน โดยไม่ต้องปรับสภาพใดๆ ส่วนผสมของปฏิกิริยาการริน; หลังจากการล้าง เส้นใยคาร์บอน 57 เปอร์เซ็นต์ถูกนำกลับมาใช้ใหม่ และ 13 เปอร์เซ็นต์ของ BPA ถูกแยกออกจากสารละลาย
จากนั้นจึงทำการทดสอบปลอกใบพัดของกังหันลมที่ปลดระวางแล้ว ตัวอย่างวัสดุเชิงประกอบเชิงพาณิชย์นี้ได้รับการย่อยสลายอย่างละเอียดโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ทำให้ได้เส้นใยแก้ว 50wt เปอร์เซ็นต์ และ BPA 19wt เปอร์เซ็นต์
โดยสรุป สำหรับส่วนประกอบที่กู้คืนจากวัสดุคอมโพสิตที่หมดอายุการใช้งาน สามารถพิจารณาเศรษฐกิจแบบวงกลมได้ ในทางทฤษฎี บิสฟีนอล เอ บริสุทธิ์สูงที่ได้จากการรีไซเคิลสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ในห่วงโซ่การผลิตที่มีอยู่ เช่น อีพอกซีเรซิน โพลีคาร์บอเนต หรือโพลีเอสเตอร์ แทนที่ BPA ดั้งเดิมที่ผลิตจากวัตถุดิบปิโตรเลียม กระบวนการเร่งปฏิกิริยาของนักวิจัยสามารถถูกมองว่าเป็นการพิสูจน์แนวคิด ซึ่งแสดงให้เห็นว่ามีความเป็นไปได้ที่จะบรรลุเศรษฐกิจหมุนเวียนสำหรับวัสดุที่มีค่าและมีความเกี่ยวข้องเหล่านี้
