I ricercatori della Rice University hanno dimostrato che le fibre di nanotubi di carbonio (CNT) possono essere completamente riciclate senza alcuna perdita di struttura o proprietà, con implicazioni di vasta portata per la produzione in tutti i settori.
Gli scienziati della Rice University hanno pubblicato uno studio sulla rivista Carbon dimostrando che le fibre di nanotubi di carbonio (CNT) possono essere completamente riciclate senza alcuna perdita di struttura o proprietà con ripercussioni in tutti i settori produttivi, a iniziare da quelli aerospaziale, automobilistico ed elettronico. Le fibre CNT diventano così un’alternativa sostenibile ai materiali tradizionali come metalli, polimeri e le fibre di carbonio molto più grandi, che sono notoriamente difficili da riciclare.
Il riciclo è da tempo una sfida nel settore dei materiali: “Riciclare i metalli è spesso inefficiente e richiede molta energia. Dato che le fibre CNT vengono ampliate, ci siamo chiesti se e come questi nuovi materiali potessero essere riciclati in futuro e abbiamo scoperto che superano di gran lunga il potenziale di riciclabilità dei materiali ingegnerizzati esistenti” afferma l’autore corrispondente Matteo Pasquali, professore di insegneria e direttore del Carbon Hub di Rice University”.
Il team di ricerca ha utilizzato fibre CNT filate in soluzione create sciogliendo CNT commerciali di grado di fibra in acido clorosolfonico, un solvente industriale ampiamente utilizzato. Le fibre, realizzate da diversi tipi di CNT prodotti da altrettanti produttori, sono state inizialmente trasformate in fibre vergini separate da un’unica fonte e successivamente riciclate combinandole e mescolandole in acido clorosolfonico. Sorprendentemente la miscelazione delle due fibre ha portato alla completa ridissoluzione e a nessun segno di separazione dei due materiali di origine in diverse fasi liquide. Questo materiale ridisciolto è stato filato in una fibra riciclata da fonti miste che ha mantenuto la stessa struttura e lo stesso allineamento della fibra vergine.
“Utilizzando due diverse fonti di nanotubi di carbonio, abbiamo garantito che il nostro processo di riciclo fosse rappresentativo delle condizioni di vita reale. Sorprendentemente, le fibre riciclate hanno dimostrato resistenza meccanica, conduttività elettrica, conduttività termica e allineamento equivalenti. Una scoperta senza precedenti nel campo dei materiali ingegnerizzati” afferma la co-prima autrice Michelle Durán-Chaves, studentessa laureata in chimica.
La ricerca dimostra la completa riciclabilità delle fibre CNT e le rende un materiale promettente nel percorso verso pratiche sostenibili. A differenza dei materiali tradizionali, in particolare polimeri e fibre di carbonio che si degradano in qualità durante il riciclaggio, le fibre CNT riciclate hanno mantenuto il cento percento delle loro proprietà originali.
“Questa conservazione della qualità significa che le fibre CNT possono essere utilizzate e riutilizzate in applicazioni impegnative senza compromettere le prestazioni, estendendo così il loro ciclo di vita e riducendo la necessità di nuove materie prime” spiega il co-primo autore Ivan R. Siqueira, dottore di ricerca presso l’Università Rice e ora professore associato di ingegneria meccanica presso la Pontifícia Universidade Católica di Rio de Janeiro.
Altrettanto significativa è l’efficienza del processo di riciclo. I ricercatori hanno dimostrato che il riciclo delle fibre CNT è notevolmente più efficiente dei metodi tradizionali per metalli e polimeri, che spesso comportano un elevato consumo di energia, sostanze chimiche pericolose o una selezione ad alta intensità di manodopera. Le fibre CNT si possono riciclare senza selezione, poiché le fibre provenienti da varie fonti possono essere combinate per produrre materiali riciclati di alta qualità. Una volta che questi materiali raggiungono la scala, questo processo potrà ridurre significativamente i rifiuti, il consumo di energia e le emissioni di anidride carbonica associate alla produzione di materiali.
I ricercatori della Rice University perano che la scoperta possa aprire la strada a compositi completamente riciclabili in aeromobili, veicoli, infrastrutture civili e altro, riducendo in ultima analisi l’impatto ambientale in un’ampia gamma di settori.
Foto: Jeff Fitlow/Rice University