Daur Ulang Komposit: Melepas Nilai dalam Limbah Serat Karbon
Pada April 2016, saya menulis kolom berjudul "Bisakah kita membuat serat karbon daur ulang menarik?". Ini ditulis setelah saya melihat panel atap pada BMW i8 di North American International Auto Show di Detroit yang terbuat dari mat serat karbon terlihat, dilapisi jernih, yang dipulihkan dan digunakan kembali dari potongan dalam proses manufaktur komposit BMW. Ini menunjukkan pemikiran maju pada saat itu, karena semua contoh serat karbon terlihat lainnya yang dipamerkan di pameran adalah kain benang, menghasilkan tampilan serat karbon klasik di bawah finishing jernihnya.
Banyak hal telah terjadi sejak saat itu, karena berbagai teknologi daur ulang komposit telah matang dan melahirkan beberapa pelaku baru. Daur ulang komposit juga telah menarik investasi dari dana venture capital serta investor strategis, seperti Hexcel (Stamford, CT, AS) yang mengambil posisi ekuitas di Carbon Conversions Inc. (Lake City, SC, AS) pada 2016, dan pengumuman Desember 2018 tentang Mitsubishi Corp. (Tokyo, Jepang) yang mengambil 25 persen saham di ELG Carbon Fibre Ltd. (Coseley, Inggris). Mungkin yang paling penting adalah daftar aplikasi penggunaan akhir yang terus bertambah yang memadukan material komposit daur ulang, dari tutup sumur bor hingga bangku taman hingga material untuk pencetakan 3D, di antaranya.
Di konferensi Serat Karbon CompositesWorld pada Desember 2018, pembicara dari ELG, Vartega Inc. (Golden, CO, AS) dan Composite Recycling Technology Center (CRTC, Port Angeles, WA, AS) menyajikan properti material komposit daur ulang (yang, menurut mereka, dapat dibandingkan dengan material baru) serta aplikasi penggunaan akhir yang sudah dibuat yang dapat menghasilkan permintaan yang signifikan.
Ada dua tujuan utama dari daur ulang komposit dan limbah material komposit: yang pertama adalah untuk menghindari pembuangan limbah di tempat pembuangan sampah, dan yang kedua, dan mungkin yang lebih penting, adalah untuk menemukan cara untuk memulihkan dan menggunakan kembali material ini dalam aplikasi yang berguna (dan menguntungkan). Namun metode mana yang mencapai tujuan mana, dan mana yang masuk akal untuk berbagai bahan masukan? Untuk memulai dialog ini, saya mencoba metode untuk mengkategorikan berbagai teknologi daur ulang pada enam level:
Level 0 adalah minimisasi sisa yang pergi ke tempat pembuangan sampah, dipimpin oleh peningkatan pemanfaatan material dan reinkorporasi limahan dalam produk lain di dalam fasilitas manufaktur komposit yang sama. Ini termasuk penggunaan proses rendah limbah seperti automated tape laying (ATL) dan automated fiber placement (AFP) dari serat kering dan prepreg, serta menggiling atau memotong potongan sisa dan menggunakan mereka dalam kombinasi dengan material berkelanjutan atau tidak berkelanjutan di lapisan tengah, atau injeksi atau cetakan kompresi. Ini berlaku untuk termoset dan termoplastik dan harus menjadi prioritas untuk semua pembuat.
Level 1 adalah penggunaan kembali material sisa yang menuju ke tempat pembuangan sampah. Ini termasuk bentuk serat kering yang digiling, dipotong dan mat, serta mengambil prepreg yang belum dikuring yang mungkin sudah kadaluarsa atau tidak sesuai spesifikasi dan mencetaknya menjadi produk dengan persyaratan performa yang lebih ketat. Ada banyak pemroses serat sisa, dan beberapa entitas "penggunaan kembali" untuk prepreg, seperti CRTC.
Level 2 adalah mengambil komposit yang telah dikuring serta serat sisa dan prepreg yang belum dikuring, menghancurkannya dan menggabungkannya dengan resin tambahan untuk mengikat semuanya bersama-sama dalam berbagai panel dan produk yang menggantikan logam, kayu dan beton. Bahan masukan dapat termasuk daun turbin angin ujung hayat, perahu, bagian pesawat dan komponen otomotif, dan dapat berupa serat kaca, serat karbon atau busa inti. Global Fiberglass Solutions Inc. (Bothell, WA, AS) dan GreenTex Solutions LLC (Charleston, SC, AS) adalah dua perusahaan di level ini.
Dalam Level 3, serat direklamasi dari bentuk produk menengah seperti prepreg termoset dan termoplastik yang belum dikuring, menghasilkan serat dengan properti yang pada dasarnya setara dengan serat asli, meskipun terutama dalam bentuk "fluff" tidak berkelanjutan atau dalam bentuk pellete, atau dalam format non-woven. ELG, dan Carbon Conversions (keduanya menggunakan pirolisis) dan Vartega (menggunakan solvolysis) menawarkan serat karbon di level ini.
Pemulihan serat pada Level 4 (sisa komposit yang telah dikuring dan bagian yang ditolak) dan Level 5 (bagian ujung hayat) adalah "grail suci" daur ulang komposit. Teknologi yang tersedia termasuk pirolisis suhu tinggi (ELG dan Carbon Conversions), breakdown polimer kimia basah (Adherent Technologies, Albuquerque, NM, AS) dan metode pirolisis dual produksi energi/pemulihan serat yang dikembangkan oleh CHZ Technologies (Auburn, AL, AS). Penskalaan ekonomi teknologi ini akan penting untuk mencapai keberhasilan jangka panjang.
Dengan opsi yang tersedia, pembuat komposit perlu mempertimbangkan untuk menyertakan perusahaan daur ulang sebagai bagian dari rantai pasokan komposit sama seperti pemasok serat, resin dan prepreg. Dalam melakukannya, mereka perlu bersiap untuk menginvestasikan dana R&D untuk membantu teknologi yang berkembang ini mencapai kematangan. Pada Desember, Boeing mengumumkan kesepakatan lima tahun dengan ELG untuk mengirim limbah kompositnya, yang telah dikuring (Level 4) dan belum dikuring (Level 3), dari 11 situs manufaktur ke ELG untuk pemulihan serat karbon. Ini adalah awal, dan saatnya untuk produsen lainnya untuk mengikuti. Tidak ada alasan yang diperbolehkan.
