El plástico reforzado con fibra de vidrio (GFRP), un material compuesto resistente y duradero, se usa ampliamente en todo, desde piezas de aviones hasta aspas de molinos de viento. Sin embargo, las mismas cualidades que lo hacen lo suficientemente robusto como para usarse en tantas aplicaciones diferentes hacen que sea difícil eliminarlo; en consecuencia, la mayoría de los desechos de GFRP se entierran en un vertedero una vez que llegan al final de su vida útil.

Según un estudio publicado en Nature Sustainability , investigadores y colaboradores de la Universidad Rice han desarrollado un nuevo método de reciclaje energéticamente eficiente para transformar el plástico reforzado con fibra de vidrio (GFRP) en carburo de silicio, ampliamente utilizado en semiconductores, papel de lija y otros productos.

"El GFRP se utiliza para fabricar cosas muy grandes y, en su mayor parte, terminamos enterrando enteras en un vertedero las estructuras de las alas de los aviones o las palas de los molinos de viento de una turbina eólica", dijo James Tour, investigador de T.T. y W.F. Profesor Chao y catedrático de química y de ciencia de materiales y nanoingeniería. "Desechar el GFRP de esta manera es simplemente insostenible. Y hasta ahora, no ha habido una buena manera de reciclarlo".

Con una mayor presión por parte de las agencias reguladoras para revisar y mejorar las prácticas de reciclaje de vehículos al final de su vida útil, existe una gran necesidad de mejores métodos para gestionar los residuos de GFRP.

Si bien algunos han intentado desarrollar enfoques que utilizan la incineración o la solvólisis para deshacerse del GFRP, Yi Cheng, investigador asociado postdoctoral y miembro junior de la Academia Rice que trabaja en el laboratorio de Tour, dijo que tales procesos no son ideales porque requieren muchos recursos y resultar en contaminación ambiental.

"Este material tiene plástico en la superficie de la fibra de vidrio, e incinerar el plástico puede generar muchos gases tóxicos", dijo Cheng. "Intentar disolver el GFRP también es problemático, ya que puede generar una gran cantidad de residuos ácidos o básicos a partir de los disolventes. Queríamos encontrar una forma más respetuosa con el medio ambiente de tratar este material".

El laboratorio de Tour ya ha aparecido en los titulares por el desarrollo de nuevas aplicaciones de reciclaje y eliminación de residuos utilizando el calentamiento flash Joule, una técnica que pasa una corriente a través de un material moderadamente resistivo para calentarlo rápidamente a temperaturas excepcionalmente altas y transformarlo en otras sustancias.

Tour dijo que cuando se enteró de los problemas relacionados con la eliminación de GFRP por parte de colegas de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, pensó que este tipo de turbocalentamiento podría transformar el GFRP en carburo de silicio, ampliamente utilizado en semiconductores y papel de lija.

"Ya sabíamos que si calentábamos la mezcla de cloruro metálico y carbono mediante calentamiento instantáneo Joule, podríamos obtener carburo metálico, y en una demostración, fabricamos carburo de silicio", dijo Tour. "Así que pudimos aprovechar ese trabajo para idear un proceso para transformar el GFRP en carburo de silicio".

Este nuevo proceso muele GFRP en una mezcla de plástico y carbono e implica agregar más carbono, cuando sea necesario, para hacer que la mezcla sea conductora. Luego, los investigadores le aplican alto voltaje utilizando dos electrodos, elevando su temperatura entre 1.600 y 2.900 grados Celsius (2.912 a 5.252 Fahrenheit).

"Esa alta temperatura facilita la transformación del plástico y el carbono en carburo de silicio", explicó Tour. "Podemos fabricar dos tipos diferentes de carburo de silicio, que se pueden utilizar para diferentes aplicaciones. De hecho, uno de estos tipos de carburo de silicio muestra una capacidad y un rendimiento de velocidad superiores como material de ánodo de batería".

Si bien este estudio inicial fue una prueba de concepto a escala de laboratorio, Tour y sus colegas ya están trabajando con empresas externas para ampliar el proceso y lograr un uso más amplio. Los costos operativos para reciclar el GFRP son inferiores a 0,05 dólares por kilogramo, mucho más baratos que la incineración o la solvólisis y más respetuosos con el medio ambiente.

Se necesitará tiempo (y algo de buena ingeniería) para ampliar adecuadamente este nuevo método de reciclaje flash, afirmó Tour. Dijo que está encantado de que su laboratorio haya podido desarrollar una forma sostenible de transformar la basura de GFRP en un tesoro de carburo de silicio.

"Este GFRP es un producto de desecho que normalmente termina en un vertedero, y ahora podemos convertirlo en un producto utilizable que pueda ayudar a la humanidad", afirmó. "Este es exactamente el tipo de enfoque que necesitamos para apoyar una economía circular. Necesitamos encontrar formas de tomar productos de desecho de una amplia variedad de aplicaciones diferentes y convertirlos en nuevos productos".

Más información: Yi Cheng et al, Reciclaje rápido de plásticos reforzados con fibra de vidrio de desecho en carburo de silicio, Sostenibilidad de la naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41893-024-01287-w

Proporcionado por la Universidad Rice