El mundo avanza rápidamente hacia un futuro desarrollado y los polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP) desempeñan un papel fundamental a la hora de permitir el progreso tecnológico e industrial. Estos materiales compuestos son ligeros y muy resistentes, lo que los hace deseables para aplicaciones en diversos campos, como la aviación, la industria aeroespacial, la automoción, la generación de energía eólica y los equipos deportivos.

Sin embargo, el reciclaje de CFRP presenta un desafío significativo, ya que la gestión de residuos es una cuestión urgente. Los métodos de reciclaje convencionales requieren un calentamiento a alta temperatura o tratamientos químicos, que resultan en un alto impacto ambiental y costos elevados. Además, ha sido un desafío recuperar fibras de carbono de alta calidad. En este sentido, se ha propuesto la fragmentación electrohidráulica como una opción prometedora. En esta técnica, se aplican impulsos de ondas de choque intensas generadas por plasmas de descarga de alto voltaje a lo largo de las interfaces de diferentes materiales para separar los diversos componentes.

Si bien este método es lucrativo, ¿podemos hacerlo mejor? Para responder a esta pregunta, un equipo de investigadores de la Universidad de Waseda, dirigido por el profesor Chiharu Tokoro del Departamento de Ciencias Creativas e Ingeniería, y que incluye a Keita Sato, Manabu Inutsuka y Taketoshi Koita, ha ideado un novedoso método de pulso eléctrico de descarga directa para reciclar CFRP de manera eficiente. Sus hallazgos se publicaron en la revista Scientific Reports el 30 de noviembre de 2024.  

Tokoro habla sobre la motivación detrás de su trabajo actual, afirmando:  “En nuestros estudios anteriores, ya habíamos establecido experiencia en investigación en la generación de ondas de choque en agua utilizando fenómenos de pulsos eléctricos para fragmentar de manera eficiente materiales difíciles de procesar. Sin embargo, en aplicaciones como las baterías de iones de litio, descubrimos que la descarga directa, que utiliza el calentamiento Joule y la expansión de vapor del propio material, es más efectiva para la separación de alta eficiencia que depender de las ondas de choque. Ahora aplicamos este enfoque al CFRP, con la hipótesis de que podría lograr una separación más eficiente en comparación con los métodos actuales”.

La técnica de pulso eléctrico de descarga directa aprovecha la generación de calor Joule, la generación de tensión térmica y la fuerza de expansión debido a la generación de plasma, lo que evita la necesidad de calentamiento o productos químicos. Los investigadores compararon este método con la fragmentación electrohidráulica examinando las propiedades físicas correspondientes de las fibras de carbono recuperadas, incluida la longitud, la resistencia a la tracción, la adhesión de la resina y la degradación estructural, así como la eficiencia energética en términos de separación de fibras. Descubrieron que su nueva técnica es más eficaz para la recuperación de fibras de carbono. Conserva fibras relativamente más largas con mayor resistencia y también separa con precisión los CFRP en fibras individuales sin retener ninguna resina residual en la superficie.

Además, el método de descarga directa mejora la eficiencia energética en un factor de al menos 10 en comparación con las alternativas tradicionales, al tiempo que reduce el impacto ambiental y promueve la utilización de recursos.

Por lo tanto, se espera que esta tecnología acelere el reciclaje de CFRP, contribuyendo significativamente al desarrollo de una sociedad sostenible. Según Tokoro,  "los resultados de nuestra investigación tienen numerosas aplicaciones, relacionadas con el reciclaje de CFRP de componentes de aeronaves usados, desechos automotrices y palas de turbinas eólicas. Por lo tanto, la presente innovación respalda la sostenibilidad en todas las industrias al permitir una recuperación eficiente de los recursos y reducir el

 impacto ambiental".