Komposit epoksi yang diperkuat serat yang ringan dan sangat tahan lama yang terdiri dari serat kaca atau serat karbon yang tertanam dalam matriks polimer adalah bahan berkinerja tinggi yang penting untuk pembuatan bilah otomotif, kapal, pesawat terbang, dan turbin angin.
Pada tahun 2025, sekitar 25,000 ton bilah turbin angin akan mencapai masa operasionalnya setiap tahun. Secara tradisional, bilah turbin angin sulit untuk didaur ulang karena sifat kimia epoksi, yang merupakan bahan elastis dan dianggap sebagai komponen yang tidak dapat dipecah menjadi bahan yang dapat digunakan kembali. Resin epoksi tidak dapat terurai secara hayati dan melepaskan gas beracun saat dibakar, yang pada akhirnya mengarah ke TPA sebagai cara utama untuk membuangnya.
Penimbunan bilah turbin angin telah dilarang oleh beberapa negara Eropa karena tidak efisien dan tidak berkelanjutan, dan diharapkan akan diterapkan oleh lebih banyak negara di masa mendatang. Oleh karena itu, ada kebutuhan mendesak untuk strategi daur ulang yang layak untuk resin epoksi dan kompositnya.
Proses yang baru ditemukan saat ini adalah pembuktian konsep dari strategi daur ulang dan dapat diterapkan pada sebagian besar bilah dan bilah turbin angin yang ada saat ini dalam produksi, serta bahan berbasis epoksi lainnya.
Hasilnya dipublikasikan di jurnal ilmiah terkemuka Nature dan Universitas Aarhus, bersama dengan Institut Teknologi Denmark, mengajukan paten untuk proses tersebut.
Secara khusus, para peneliti menunjukkan bahwa dengan menggunakan katalis berbasis rutenium dan pelarut isopropanol dan toluena, mereka dapat memisahkan matriks epoksi dan melepaskan salah satu unit struktural asli polimer epoksi, bisfenol A, dan serat kaca utuh dalam satu proses.
Namun, metode ini tidak segera dapat diskalakan karena sistem katalitiknya tidak cukup efisien untuk penerapan industri -dan ruthenium adalah logam yang langka dan mahal. Oleh karena itu, para ilmuwan di Universitas Aarhus terus meningkatkan metode ini.
“Meskipun demikian, kami melihat ini sebagai terobosan besar dalam mengembangkan teknologi tahan lama yang dapat menciptakan ekonomi sirkular untuk bahan berbasis epoksi. Ini adalah publikasi pertama dari proses kimia yang dapat secara selektif menguraikan komposit resin epoksi dan mengisolasi salah satu bahan terpenting. "Polimer epoksi, serta komponen penting dari kaca atau serat karbon, tidak merusak yang terakhir dalam prosesnya," kata Troels Skrydstrup, salah satu penulis utama studi tersebut.
Troels Skrydstrup adalah seorang profesor di Departemen Kimia dan Pusat Ilmu Nano Antardisiplin (iNANO) di Universitas Aarhus. Penelitian ini didukung oleh proyek CETEC (Circular Economy for Thermoset Epoxy Composites), sebuah kemitraan antara Vestas, Oilon, Institut Teknologi Denmark dan Universitas Aarhus.
Dalam studi ini, para peneliti menggunakan reaksi tandem dehidrogenasi/pemutusan ikatan/reduksi yang dikatalisis Ru untuk memutuskan ikatan C(alkil)-O yang paling umum dalam polimer, yang dapat digunakan untuk memutuskan ikatan tunggal C(alkil)-O berdekatan dengan matriks BPA. Para peneliti mendemonstrasikan penerapan metode tersebut pada resin epoksi yang diawetkan dengan amina dan material komposit komersial, termasuk selubung bilah turbin angin. Hasil para peneliti menunjukkan bahwa pemulihan kimia epoksi dan komposit termoset layak dilakukan.
Eksperimen dekonstruksi katalitik resin epoksi menunjukkan bahwa 81 persen BPA dapat diperoleh kembali setelah 4 hari reaksi katalitik.
Dengan pendekatan umum yang dapat digunakan untuk dekomposisi molekuler epoksi yang disembuhkan dengan amina, para peneliti beralih untuk menyelidiki penerapan protokol untuk dekondifikasi epoksi yang diperkuat serat yang mengandung serat dengan persentase berat tinggi selain matriks polimer. Setelah 3 hari, komposit jelas dipisahkan menjadi serat lepas tanpa pretreatment apapun. Campuran reaksi dekantasi; Setelah dicuci, 57% berat serat karbon diperoleh kembali, dan 13% berat BPA diisolasi dari larutan.
Itu kemudian menguji casing bilah turbin angin pensiunan yang canggih. Sampel komposit komersial ini didekomposisi secara katalitik secara menyeluruh, menghasilkan serat kaca 50% berat dan BPA 19% berat.
Sebagai kesimpulan, untuk komponen yang diperoleh dari komposit akhir masa pakainya, ekonomi sirkular dapat dipertimbangkan. Bisphenol A yang sangat murni diperoleh dari daur ulang secara teoritis dapat digunakan kembali dalam rantai produksi yang ada seperti resin epoksi, polikarbonat atau poliester, menggantikan BPA asli yang dihasilkan dari bahan baku minyak bumi. Proses katalitik para peneliti dapat dilihat sebagai pembuktian konsep, yang menunjukkan bahwa ekonomi sirkular dapat dicapai untuk bahan-bahan yang berharga dan relevan ini.
