ทีมวิจัยจาก Tsinghua University ใช้เทคโนโลยีการให้ความร้อนแบบ Joule flash เปลี่ยนใบพัดกังหันลมที่ปลดระวางแล้วให้เป็นซิลิคอนคาร์ไบด์และกราฟีน

ทีมวิจัยจาก Tsinghua University ได้พัฒนา "วิธีการรีไซเคิลที่อัปเกรด" โดยใช้เทคโนโลยีการให้ความร้อนแบบ Joule flash เพื่อเปลี่ยนใบพัดกังหันลมที่ปลดระวางแล้วให้เป็นซิลิคอนคาร์ไบด์และกราฟีน ซึ่งเป็นวัสดุที่มีมูลค่าสูงในอุตสาหกรรมการผลิต ใบพัดกังหันลมขนาดใหญ่ถูกออกแบบมาเพื่อทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง สามารถตัดผ่านลมเย็น รับมือกับรังสีอัลตราไวโอเลตอย่างต่อเนื่อง และทนต่อการโจมตีจากฟ้าผ่า โดยมีอายุการใช้งานมากกว่า 20 ปี อย่างไรก็ตาม เมื่อใบพัดเหล่านี้หมดอายุการใช้งาน ความทนทานที่รุนแรงกลับกลายเป็นปัญหาสิ่งแวดล้อม ใบพัดที่ปลดระวางส่วนใหญ่จะถูกฝังกลบในหลุมฝังกลบ

ทีมงานที่ตั้งอยู่ในจีนนี้ได้แก้ปัญหาที่มีมายาวนานนี้ นักวิจัยด้านเคมีและวิศวกรรมสิ่งแวดล้อมได้ค้นพบวิธีการใช้ความร้อนที่รุนแรงในระยะสั้นเพื่อเปลี่ยนวัสดุคอมโพสิตที่แข็งแกร่งให้เป็นวัสดุการผลิตที่มีมูลค่าสูง นักวิจัยได้เตรียมตัวอย่างเรซินที่เสริมด้วยซิลิคอนคาร์ไบด์และกราฟีนที่รีไซเคิลจากใบพัดกังหันลมที่ถูกทิ้ง เพื่อทำการทดสอบสมรรถนะการยืด

ปาฏิหาริย์แห่งความร้อนในไม่กี่วินาที

วิกฤตการกำจัดและความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อม

กระแสพลังงานลมในช่วงต้นทศวรรษ 2000 ได้ก่อให้เกิดวิกฤตการกำจัดที่เร่งด่วน เนื่องจากใบพัดกังหันลมรุ่นแรกที่มีอายุการใช้งาน 20 ปีได้ถึงเวลาเกษียณแล้ว ในจีน ยุโรป และสหรัฐอเมริกา มีใบพัดที่ปลดระวางแล้วจำนวนหลายพันตันในแต่ละปี ประเทศอย่างเยอรมนีและออสเตรียมีการห้ามฝังกลบวัสดุคอมโพสิตอย่างเต็มรูปแบบ ทำให้การค้นหาวิธีการจัดการที่สามารถขยายได้กลายเป็นเรื่องเร่งด่วนในอุตสาหกรรมพลังงานหมุนเวียน ดร. Deng Bing นักเขียนหลักและวิศวกรเคมีและสิ่งแวดล้อมจาก Tsinghua University กล่าวว่า "เมื่อกังหันลมที่เก่าแก่ถูกปลดระวาง โดยเฉพาะในจีนที่พลังงานลมขยายตัวอย่างรวดเร็ว ขยะจำนวนมากสุดท้ายจะถูกฝังกลบ ซึ่งเป็นการสูญเสียทรัพยากร"

กุญแจสำคัญอยู่ที่วัสดุที่มีอยู่ภายในใบพัดแต่ละใบ ใบพัดกังหันลมประกอบด้วยไฟเบอร์กลาสที่มีซิลิก้าเป็นส่วนประกอบหลักและเรซินที่มีคาร์บอนเป็นหลัก ในการศึกษานี้ นักวิจัยใช้เทคโนโลยีการให้ความร้อนแบบ Joule flash เพื่อให้วัสดุใบพัดที่เสียหายร้อนขึ้นในทันทีถึงประมาณ 2000°C (3632°F) ความร้อนที่รุนแรงนี้กระตุ้นปฏิกิริยาอย่างรวดเร็ว ทำให้คาร์บอนรวมตัวกับซิลิก้า形成ซิลิคอนคาร์ไบด์ ซึ่งเป็นสารประกอบที่แข็งแกร่งและทนความร้อน ในขณะเดียวกัน คาร์บอนที่เหลือจะจัดเรียงใหม่เป็นกราฟีน ซึ่งเป็นวัสดุนาโนที่แข็งแกร่งและนำไฟฟ้าได้ดีที่สุดที่รู้จักกันในทางวิทยาศาสตร์

การรวมผสมซิลิคอนคาร์ไบด์และกราฟีนที่รีไซเคิลในปริมาณเล็กน้อยลงในเรซินใหม่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างมีนัยสำคัญ การเพิ่มสารเสริมในปริมาณ 0.3% ของน้ำหนักสามารถเพิ่มความแข็งแรงของเรซินได้ 27% และความต้านทานการงอได้ 9% ในขณะที่การเพิ่มความเข้มข้นเพียง 0.1% สามารถเพิ่มอัตราการกระจายความร้อนได้ 41% ทำให้การกระจายความร้อนมีประสิทธิภาพมากขึ้น วัสดุที่อัปเกรดนี้สามารถใช้ในการสร้างใบพัดกังหันลมรุ่นถัดไป สร้างระบบปิดวงจรที่ใบพัดเก่าช่วยสร้างใบพัดใหม่ที่แข็งแกร่งกว่า

ผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจและการขยายเทคโนโลยี

การรีไซเคิลที่อัปเกรดเพื่อผลกำไร

วิธีการรีไซเคิลที่มีอยู่ เช่น การทำให้เป็นแก๊สและการละลายด้วยตัวทำละลาย มีต้นทุนสูงและมีรอยเท้าคาร์บอนที่ใหญ่ เทคโนโลยีการให้ความร้อนแบบ Joule flash อาจเปลี่ยนรูปแบบเศรษฐกิจได้ ดร. Pei Hao วิศวกรสิ่งแวดล้อมและผู้เขียนหลักจาก Tsinghua University กล่าวว่า "ด้วยวิธีการรีไซเคิลแบบดั้งเดิม คุณต้องใช้เงินในการจัดการกับขยะ อย่างไรก็ตาม วิธีการของเราสามารถทำกำไรได้ประมาณ US$80 (ประมาณ HK$624) ต่อตัน เนื่องจากซิลิคอนคาร์ไบด์และกราฟีนที่รีไซเคิลมีค่ามาก" เขาเสริมว่า "ในทางตรงกันข้าม ต้นทุนการทำให้เป็นแก๊สอยู่ที่ประมาณ US$460 (ประมาณ HK$3,588) ต่อตัน ขณะที่ต้นทุนการละลายทางเคมีอยู่ที่ประมาณ US$1,800 (ประมาณ HK$14,040) ต่อตัน" ทีมงานกำลังขยายกระบวนการนี้เพื่อให้เหมาะสมกับการใช้งานในอุตสาหกรรม

การขยายเทคโนโลยีนี้ยังสามารถช่วยในการรีไซเคิลวัสดุคอมโพสิตจากอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ยานยนต์ และอิเล็กทรอนิกส์