수명이 다한 유리섬유는 탄화규소로 변환됩니다! 유리섬유를 재활용하는 또 다른 새로운 방법이 해외에서 개발되었습니다.

 유리 섬유강화 플라스틱(GFRP)은 항공기 부품부터 풍력 터빈 블레이드까지 다양한 응용 분야에 사용됩니다. 하지만 그 견고함과 다재다능함 때문에,유리 섬유폐기하는 것도 매우 어렵습니다. 결과적으로, 대부분의 유리섬유 폐기물은 유효 수명이 끝난 후 매립지에 묻힙니다.
이 문제를 해결하기 위해 라이스대학교 연구진과 협력자들은 GFRP를 반도체, 사포 및 기타 제품에 널리 사용되는 탄화규소로 변환하는 새롭고 에너지 효율적인 업사이클링 방법을 개발했습니다. 이 연구는 Nature Sustainability 저널에 게재되었습니다.
"GFRP는 매우 큰 물건을 만드는 데 사용되며 대부분의 경우 비행기의 날개 구조 전체나 풍력 터빈의 블레이드를 매립지에 묻게 됩니다."라고 화학, 재료 과학 및 나노공학 교수인 제임스 투어(James Tour)는 말했습니다. Rice에서." 이런 식으로 GFRP를 처리하는 것은 지속 가능하지 않습니다. 지금까지 좋은 재활용 방법은 없습니다."

1. GFRP 폐기물 관리
수명이 다한 차량 재활용 방법을 수정하고 개선하라는 규제 기관의 압력이 증가함에 따라 GFRP 폐기물을 관리하는 더 나은 방법이 절실히 필요합니다. 일부에서는 소각 또는 용해를 사용하여 GFRP를 처리하는 방법을 개발하려고 시도했지만 Tour Lab에서 근무하는 박사후 연구원이자 Rice College의 후배인 Yi Cheng은 이러한 방법은 자원 집약적이고 효율적이지 않기 때문에 이상적이지 않다고 말합니다. 환경오염을 일으킵니다.

Cheng은 "이 물질은 유리섬유 표면에 플라스틱을 함유하고 있으며 플라스틱을 소각하면 독성 연기가 많이 발생합니다."라고 Cheng은 말합니다."라고 말했습니다. "GFRP를 용해시키려는 시도도 용매가 다량의 산 또는 알칼리 폐기물을 생성하기 때문에 문제가 됩니다. 우리는 더 많은 것을 찾고 싶었습니다. 이 물질을 환경 친화적으로 처리하는 방법입니다."
2. 사포, 반도체용 탄화규소
Tull의 연구실은 플래시 줄 가열 기술을 사용하여 새로운 폐기물 처리 및 재활용 응용 분야를 개발하는 것으로 이미 헤드라인을 장식했습니다. 플래시 줄 가열(Flash Joule Heating)은 적당한 전기 저항을 갖는 물질에 전류를 흘려 초고온으로 급속 가열해 다른 물질로 변환시키는 기술이다. 투어는 미 국방부 고등연구계획국 동료들로부터 GFRP 처리와 관련된 문제에 대해 들었을 때 이런 종류의 터보 가열이 GFRP를 반도체와 사포에 널리 사용되는 탄화규소로 변환할 수 있다고 생각했다고 말합니다. 우리는 플래시줄 가열로 금속 염화물과 탄소의 혼합물을 가열하면 금속 탄화물을 얻을 수 있다는 것을 이미 알고 있었으며, 한 번의 시연에서 탄화규소를 만들었습니다."라고 Tour는 말합니다. 그래서 우리는 이 작업을 사용할 수 있었습니다. GFRP를 탄화규소로 변환하는 공정을 개발했습니다."

이 새로운 공정은 GFRP를 플라스틱과 탄소의 혼합물로 분쇄합니다. 혼합물을 전기 전도성으로 만들기 위해 필요한 경우 더 많은 탄소가 추가됩니다. 그런 다음 연구진은 두 개의 전극을 이용해 고전압을 인가해 온도를 1,600~2,900도까지 올렸다. "고온은 플라스틱과 탄소의 탄화 규소로의 전환을 촉진합니다. "라고 Tour는 설명합니다. "우리는 서로 다른 목적으로 사용할 수 있는 두 가지 종류의 탄화 규소를 만들 수 있습니다. 실제로 탄화 규소 중 하나는 우수한 용량과 배터리 양극 소재로서의 성능을 평가합니다."

3. 저비용 공정의 확대가 진행 중입니다.
이 초기 연구는 실험실 벤치 규모의 개념 증명 테스트였지만 Tour와 동료들은 더 폭넓은 사용을 위해 프로세스를 확장하기 위해 외부 회사와 협력하기 시작했습니다. GFRP를 재활용하는 것은 킬로그램당 $0.05 미만의 운영 비용을 가지며, 이는 소각이나 용해보다 훨씬 저렴하고 환경 친화적입니다. 이 새로운 방법을 적절하게 확장하려면 시간과 좋은 엔지니어링이 필요하지만 Tour는 자신의 연구실에서 GFRP 폐기물을 탄화규소로 전환하는 지속 가능한 방법을 개발할 수 있게 되어 기쁘다고 말합니다.