Daur ulang komposit — tidak ada alasan lagi

Pada bulan April 2016, saya menulis kolom berjudul “Bisakah kita membuat serat karbon daur ulang menjadi seksi?”. Itu ditulis setelah saya melihat panel atap pada BMW i8 di North American International Auto Show di Detroit yang dibuat dari lapisan serat karbon yang terlihat jelas, dipulihkan dan digunakan kembali dari potongan dalam proses manufaktur komposit BMW. Ini menunjukkan pemikiran ke depan yang signifikan pada saat itu, karena semua contoh serat karbon yang terlihat yang dipamerkan di pameran adalah kain tenun, menghasilkan "tampilan" serat karbon klasik di bawah hasil akhir yang jelas.

Banyak yang telah terjadi sejak itu, karena berbagai teknologi daur ulang komposit telah matang dan melahirkan banyak pendatang. Daur ulang komposit juga telah menarik investasi dari dana modal ventura serta investor strategis, seperti Hexcel (Stamford, CT, AS) yang mengambil posisi ekuitas di Carbon Conversions Inc. (Lake City, SC, AS) pada tahun 2016, dan Desember 2018 pengumuman Mitsubishi Corp. (Tokyo, Jepang) mengambil 25% saham ELG Carbon Fiber Ltd. (Coseley, UK). Mungkin yang paling signifikan adalah meningkatnya daftar aplikasi penggunaan akhir yang menggabungkan bahan komposit daur ulang, dari penutup lubang got hingga bangku taman hingga bahan untuk pencetakan 3D, antara lain.

Di CompositesWorld Konferensi Carbon Fiber pada bulan Desember 2018, pembicara dari ELG, Vartega Inc. (Golden, CO, US) dan Pusat Teknologi Daur Ulang Komposit (CRTC, Port Angeles, WA, AS) mempresentasikan sifat material dari komposit daur ulang (yang sebanding, mereka katakanlah, untuk bahan perawan) serta aplikasi penggunaan akhir yang sudah dibuat yang dapat menghasilkan permintaan yang signifikan.

Ada dua tujuan utama untuk mendaur ulang limbah komposit dan material komposit:yang pertama adalah menghindari penempatan limbah di tempat pembuangan sampah, dan yang kedua, dan mungkin yang lebih penting, adalah menemukan cara untuk memulihkan dan menggunakan kembali material ini dalam aplikasi yang berguna (dan menguntungkan). Tetapi metode mana yang mencapai tujuan mana, dan mana yang masuk akal untuk berbagai bahan baku? Untuk memulai dialog seputar hal ini, saya mengusulkan metode untuk mengkategorikan berbagai teknologi daur ulang pada enam tingkatan:

Tingkat 0 adalah minimalisasi memo pergi ke TPA, dipimpin dengan meningkatkan pemanfaatan material dan memasukkan kembali jeroan ke produk lain di dalam fasilitas manufaktur komposit yang sama. Ini termasuk menggunakan proses limbah rendah seperti peletakan pita otomatis (ATL) dan penempatan serat otomatis (AFP) dari serat kering dan prepreg, dan penggilingan ulang atau pemotongan potongan dan menggunakannya dalam kombinasi dengan bahan kontinu atau terputus-putus di lapisan tengah, atau injeksi atau cetakan kompresi. Ini berlaku untuk termoset dan termoplastik dan harus menjadi prioritas bagi semua perakit.

Tingkat 1 adalah mengguna ulang material sisa menuju ke tempat pembuangan akhir. Ini termasuk bentuk skrap serat kering yang digiling, dicincang dan dihaluskan, serta mengambil prepreg yang tidak diawetkan yang mungkin kedaluwarsa atau tidak sesuai spesifikasi dan mencetaknya menjadi produk dengan persyaratan kinerja yang kurang ketat. Ada banyak prosesor serat bekas, dan beberapa entitas "penggantian" untuk prepreg, seperti CRTC.

Tingkat 2 mengambil komposit yang diawetkan serta serat bekas dan prepreg yang tidak diawetkan, merobeknya dan menggabungkannya dengan tambahan resin untuk mengikat semuanya bersama-sama di berbagai panel dan produk menggantikan logam, kayu dan beton. Bahan baku dapat mencakup bilah turbin angin akhir masa pakai, kapal, suku cadang pesawat dan komponen otomotif, dan dapat berupa serat kaca, serat karbon, atau inti busa. Global Fiberglass Solutions Inc. (Bothell, WA, AS) dan GreenTex Solutions LLC (Charleston, SC, AS) adalah dua perusahaan pada tingkat ini.

Di Tingkat 3 , serat direklamasi dari bentuk produk antara seperti termoset yang tidak diawetkan dan prepreg termoplastik, menghasilkan serat dengan sifat yang pada dasarnya setara dengan serat asli, meskipun terutama dalam bentuk "bulu halus" atau bentuk pelet yang terputus, atau dalam format bukan tenunan. ELG, dan Konversi Karbon (keduanya menggunakan pirolisis) dan Vartega (menggunakan solvolisis) menawarkan serat karbon pada tingkat ini.

Pemulihan serat di Level 4 (skrap komposit yang diawetkan dan bagian yang ditolak) dan Level 5 (bagian akhir masa pakai) adalah "cawan suci" daur ulang komposit. Teknologi yang tersedia termasuk pirolisis suhu tinggi (ELG dan Konversi Karbon), pemecahan polimer kimia basah (Adherent Technologies, Albuquerque, NM, US) dan metode pirolitik produksi energi ganda/pemulihan serat yang dikembangkan oleh CHZ Technologies (Auburn, AL, US). Skala ekonomi dari teknologi ini akan sangat penting untuk mencapai kesuksesan jangka panjang.

Mengingat opsi yang tersedia, perakit komposit perlu mempertimbangkan untuk menyertakan perusahaan daur ulang sebagai bagian dari rantai pasokan komposit seperti pemasok serat, resin dan prepreg. Dengan demikian, mereka perlu bersiap untuk menginvestasikan dana R&D untuk membantu teknologi yang berkembang ini mencapai kedewasaan. Pada bulan Desember, Boeing mengumumkan perjanjian lima tahun dengan ELG untuk mengirim limbah kompositnya, yang diawetkan (Level 4) dan yang tidak diawetkan (Level 3), dari 11 lokasi manufaktur ke ELG untuk pemulihan serat karbon. Ini adalah permulaan, dan sudah waktunya bagi produsen lain untuk mengikutinya. Tidak ada alasan yang diizinkan.