La fibra di carbonio è un materiale che ormai trova larga applicazione nell’industria mondiale, dal settore meccanico a quello tessile e anche nel campo dei materiali innovativi. Grazie alle sue eccellenti caratteristiche meccaniche, unite all’elevata leggerezza e a un alto modulo elastico, la fibra di carbonio è un materiale altamente performante e molto richiesto. Come però la maggior parte dei materiali che portano enormi vantaggi dal punto di vista applicativo, il crescente uso della fibra di carbonio ha aumentato di gran lunga il quantitativo di scarti e rifiuti industriali, diventando ufficialmente un problema.

Un gruppo di ricerca dell’Università di Washington ha però in mente un’idea per risolvere il problema degli scarti di fibra di carbonio (FdC) unendolo a un altro problema tipico dell’ingegneria civile, ovvero quello della resistenza meccanica delle pavimentazioni drenanti, l’ultimo di una serie di strati che compongono le strade che percorriamo ogni giorno. (Quello che non si vede: una strada strato dopo strato)

Il problema del riciclo

Fibre di carbonio riciclate per migliorare le pavimentazioni drenanti
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Fino a qualche anno fa nessuno si era posto il problema del riciclo della fibra di carbonio, data comunque la sua recente applicazione in campo industriale. Solamente quando i primi grandi prodotti di questo materiale hanno iniziato a terminare la loro vita utile ci si è resi conto di avere un problema, e di essere solamente all’inizio di un loop potenzialmente dannoso. L’esempio più incalzante è quello dei primi grandi aeroplani realizzati in FdC e che da pochi anni sono stati smantellati, ma il problema è destinato a crescere esponenzialmente di pari passo con il sempre più diffuso utilizzo di questo materiale. Dal 2008 al 2025 si smantelleranno circa 8.500 grandi aeroplani, ciascuno contenente almeno 20 tonnellate di FdC. Contemporaneamente si presenterà il problema degli scarti derivanti dall’industria eolica e automobilistica, che in Regno Unito manda da sola in discarica oltre 100 tonnellate all’anno di scarti di produzione di FdC. Il processo di riciclaggio della FdC, a causa della complessità tecnologica dell’operazione di separazione della fibra dalla matrice resinosa, presenta diverse difficoltà e, nonostante diverse esperienze fatte per dimostrare la possibilità di un processo di recupero, non esiste ancora un metodo unico per riciclare la fibra di carbonio. La comunità scientifica è quindi adesso preoccupata circa questo materiale, soprattutto perché teme un fenomeno plastica-bis, ovvero quello di un materiale che inizialmente ha rivoluzionato tanti settori ma di cui adesso, a causa della sua enorme applicazione, non sappiamo più dove mettere. (Ci siamo occupati molto spesso dei problemi relativi alla plastica e trovi tutti gli articoli inerenti a questo materiale nell’apposito TAG)

L’idea della Washington University

I ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Civile della Washington University hanno dimostrato di poter rafforzare notevolmente le pavimentazioni permeabili aggiungendo alla miscela tradizionale del materiale riciclato in fibra di carbonio. Il loro metodo di riciclaggio, che viene descritto nel numero di marzo del Journal of Materials in Civil Engineering, non richiede l’uso di molta energia o l’utilizzo di altre sostanze chimiche, un fattore critico per il riciclaggio dei materiali di scarto. Come banalmente si può immaginare, a differenza delle pavimentazioni impermeabili utilizzate oggi per la maggior parte delle strade e dei parcheggi, quelle permeabili consentono all’acqua piovana di defluire attraverso la sua matrice e filtrare liberamente nel sottosuolo. A causa delle crescenti preoccupazioni in merito alle sempre più crescenti inondazioni delle aree urbane, causate dalla selvaggia pavimentazione del suolo, e agli stretti requisiti per il controllo del deflusso delle acque piovane, diverse realtà hanno provato a utilizzare il calcestruzzo permeabile, invece di quello tradizionale, per realizzare le pavimentazioni di parcheggi, aree di sosta, strade a basso traffico e anche strade principali. Un esempio di facile rimando è quello di alcuni tratti dell’Autostrada Adriatica A14, che Autostrade per l’Italia sta dotando di asfalti drenanti. Questa tipologia di pavimentazione però, poiché è molto porosa, non è resistente come l’asfalto tradizionale, che rimane quello largamente utilizzato sulle strade principali. Da qui l’idea di provare ad utilizzare gli scarti della fibra di carbonio per aumentare le performance di questo materiale.

Come funziona

Sotto la guida di Karl Englund, professore associato di ricerca, e Somayeh Nassiri, assistente professore nel Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, i ricercatori hanno aggiunto rottami di fibra di carbonio compositi, ricevuti dagli impianti di produzione di Boeing, al loro mix di calcestruzzo permeabile. Hanno usato la fresatura meccanica per affinare i pezzi compositi alle dimensioni e forme ideali. Le fibre di carbonio hanno notevolmente aumentato sia la durata che la resistenza del calcestruzzo permeabile.

Fibre di carbonio riciclate per migliorare le pavimentazioni drenanti
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In termini di resistenza alla flessione, abbiamo ottenuto risultati davvero buoni, alti quanto il calcestruzzo tradizionale, e continua a drenare molto rapidamente“, ha affermato Nassiri. I ricercatori hanno utilizzato tecniche di fresatura economiche anziché calore o prodotti chimici, al fine di creare un prodotto rinforzato dagli scarti di FdC che però non sia più costoso del prodotto stesso. “Già stai lavorando con dei rifiuti, non puoi aggiungere un sacco di soldi alla spazzatura per ottenere un prodotto“, ha dichiarato Englund. “La chiave è minimizzare l’energia e contenere i costi.” I materiali compositi sono stati dispersi per tutta la miscela della pavimentazione per fornire una resistenza uniforme.

Il futuro

Mentre hanno dimostrato che il materiale funziona bene a scala di laboratorio, i ricercatori stanno iniziando a condurre test reali su pavimentazioni a grande scala. “In laboratorio questa idea funziona per aumentare la resistenza e la permeabilità della pavimentazione“, ha detto Nassiri. “Il prossimo passo è scoprire come applicarlo a casi reali e diffonderlo.” Per realizzare quest’ultimo aspetto però non ci saranno difficoltà, dato che la ricerca per questo progetto è stata resa possibile attraverso una partnership con la Boeing Company.