Nouvelle initiative pour commercialiser la récupération continue de la fibre de carbone

Le National Composites Centre (NCC) a annoncé le lancement d'une nouvelle initiative de trois ans visant à industrialiser la récupération continue de la fibre de carbone au Royaume-Uni.

NCC vise à commercialiser les procédés de recyclage précédemment étudiés en mai, avec des essais supervisés en partenariat avec B&M Longworth et Cygnet Texkimp. Le projet a maintenant l'intention d'affiner et de mettre à l'échelle ces opérations, en mettant sur le marché de la fibre de carbone continue récupérée.

La première étape du projet devant s'achever en novembre 2022, le centre prévoit de qualifier les performances des matériaux avant de passer à la prochaine étape d'industrialisation.

Réaliser un recyclage continu des fibres de carbone

En utilisant le processus DEECOM, une technologie de B&M Longworth conçue à l'origine pour éliminer les déchets de polymères des filtres et des équipements de production, les anciens matériaux en fibre de carbone sont décomposés pour être réutilisés.

Le processus utilise de la vapeur surchauffée sous compression pour pénétrer dans les fissures microscopiques du polymère du composite, où il se condense ensuite. Lorsqu'il est décompressé, le matériau bout et se dilate, le fissure et emporte les particules brisées.

Ce cycle de pression est répété pour libérer toute la matière en suspension dans la fibre, pour permettre aux éléments séparés d'être récupérés. Capable de laisser le matériau du composant principal intact, n'importe quelle longueur de matériau peut être conservée.

Avec l'application dans la fabrication de nombreuses technologies, y compris les avions, les véhicules électriques et les réservoirs de stockage d'hydrogène, la demande de fibres vierges devrait dépasser l'offre d'ici 2025. Le NCC vise donc à atténuer les pressions de la chaîne d'approvisionnement, à positionner le Royaume-Uni à la tête des composites recyclage et aider les industries à atteindre leurs objectifs net zéro.

Par exemple, la fibre de carbone continue récupérée peut remplacer les matériaux vierges utilisés pour fabriquer des articles de sport tels que des baskets, qui, en moyenne, créent environ 13,6 kg d'émissions de dioxyde de carbone à fabriquer. Avec son nouveau processus, cependant, la CCN prédit que l'utilisation de fibres de carbone récupérées pourrait réduire les émissions de fabrication de matériaux de 29,5 kg de CO2e par kg à 5 kg de CO2e.

En outre, le projet espère que l'adoption de matériaux de seconde vie dans les chaînes d'approvisionnement aidera les entreprises à rester rentables, car le coût des fibres de carbone vierges augmentera à mesure que l'offre diminue, les organisations de l'aérospatiale et de la défense étant prioritaires.

Les nouveaux procédés visent à accélérer la création de trois qualités différentes de fibre de carbone ; Grade A, y compris les fibres continues de longueur et de rigidité spécifiées, utilisées dans l'énergie, la production automobile et les articles de sport ; Grade B, pour les fibres courtes de longueur et de rigidité spécifiées applicables aux marchés de l'automobile, de la marine et du médical ; et Grade C, marquant les fibres endommagées utilisables dans le traitement chimique.

Il est prévu que ceux-ci prendront en charge une gamme d'applications commerciales et réduiront de 50 % la quantité de matériaux polymères renforcés de fibres de carbone continues (CFRP) envoyés à la décharge au Royaume-Uni au cours des quatre prochaines années.

Actuellement, les méthodes de recyclage de la fibre de carbone ne peuvent traiter que des segments coupés et ont des applications industrielles limitées. Les nouvelles bandes continues de fibre de carbone que NCC vise à industrialiser conservent cependant des performances matérielles supérieures à celles des matériaux recyclés traditionnellement

Un processus en six phases

Après un premier projet de sprint, le programme entrera en six phases consécutives. La première phase consultera la qualité des matières premières entrant dans le processus de récupération, y compris l'inspection des fibres automobiles et la compréhension de la façon dont le processus peut être mis à l'échelle.

La deuxième phase s'attardera ensuite à rendre le processus « ajustable » pour récupérer les fibres longues à un taux et pour certaines caractéristiques, afin de définir ensuite un modèle énergétique pour la récupération des fibres longues. Ensuite, la phase trois déterminera comment la fibre peut être déroulée au rythme et comment les dommages dans les fibres récupérées pourraient être identifiés à une bonne vitesse. La phase quatre cherche à caractériser les fibres récupérées, en les comparant à des matériaux vierges et en trouvant leur prix de marché.

Une fois cette opération terminée, la phase cinq commencera le reformage des fibres recyclées, pour les redimensionner dans un format adapté à un usage commercial. Pour terminer le processus, la phase six se concentrera sur la formulation d'un approvisionnement contractuel en fibres récupérées pour les fabricants d'équipement d'origine.

Au total, ces phases visent à amorcer une chaîne d'approvisionnement récupérant la fibre de carbone continue. Ce que les partenaires visent à saisir à partir de ce processus global, ce sont les différences potentielles que l'échelle d'exploitation aurait sur le processus, en comparant les exigences et la productivité d'un centre de recyclage national à celles d'un fabricant de fibres avec une usine de recyclage sur site, par exemple.

Enrique Garcia, directeur de la technologie au National Composites Centre, a déclaré : « Célèbre, le Royaume-Uni est le leader mondial de l'industrialisation de la fabrication de fibres de carbone, mais a eu du mal à développer le secteur. Nous avons exporté une grande partie de notre expertise – et même notre infrastructure de fabrication – au Japon, qui a ensuite pu capitaliser sur l'énorme croissance des dépenses de défense des États-Unis dans les années 1980 et, plus tard, sur un boom de la demande des consommateurs pour les produits haut de gamme en fibre de carbone.

"Nous avons maintenant une opportunité unique de faire avancer un nouveau marché en industrialisant les processus nécessaires au recyclage de la fibre de carbone - il est impératif que nous nous efforcions maintenant d'établir cette capacité au Royaume-Uni.

"Nous cherchons à intensifier rapidement cette collaboration et à rechercher des partenaires qui seraient intéressés par l'accélération des démonstrateurs de produits utilisant des fibres continues récupérées afin de réduire rapidement leur empreinte carbone de fabrication."