Les plastiques renforcés de fibres de carbone gagnent en importance en tant que composants d'avions. La tendance augmente le besoin de concepts de recyclage durables. A l'ILA du 25 au 29 avril, 2018 à Berlin, Fraunhofer présentera une technologie qui convertit les fibres de carbone recyclées en matériaux pour batteries et piles à combustible. Cela permet d'économiser des coûts, améliore le bilan CO2 et ouvre de nouvelles voies de recyclage dans la production aéronautique.

Les gros-porteurs modernes sont aujourd'hui composés à plus de 50 % de plastiques renforcés de fibres de carbone (CFRP). Le matériel est installé, par exemple, sur une grande surface dans les ailes ou le fuselage. Avec des fibres de carbone noyées dans une matrice plastique, le composite est plus léger que les matériaux précédemment utilisés, tout en étant très stable. L'avantage décisif pour l'aviation :du fait de leur moindre poids, les avions ont besoin de moins de carburant. « La fabrication et le traitement du CFRP prennent actuellement beaucoup de temps. La demande de concepts de recyclage durables est donc en constante augmentation, " observe Elisa Seiler, scientifique à l'Institut Fraunhofer de technologie chimique ICT à Pfinztal, Allemagne. Les quantités de matière recyclée CFRP sont énormes :pour l'Airbus 350, par exemple, ils totalisent plus de 65 tonnes. « En plus de cela, il existe d'autres quantités de ferraille pertinentes qui surviennent déjà pendant la production, " ajoute Seiler.

Plaque bipolaire fabriquée

Le Fraunhofer ICT a de nombreuses années d'expérience dans le développement de technologies pour les plastiques renforcés de fibres. A l'ILA, le salon de l'innovation aéronautique et aérospatiale, les scientifiques présentent un concept qui sera utilisé pour récupérer des matériaux pour batteries et piles à combustible à partir de fibres de carbone recyclées. En collaboration avec des partenaires, il a été possible d'utiliser des fibres de carbone récupérées pour produire un prototype de plaque bipolaire – une électrode – à l'échelle industrielle. Le résultat est basé sur les recherches des projets "Graphit 2.0" et "RETRO".

« Les entraînements électriques sont désormais également un sujet sérieux dans l'industrie aéronautique. Les fabricants peuvent effectuer directement un recyclage préservant la valeur en transférant des matériaux d'une application à l'autre, " dit Seiler. Les fibres de carbone sont électriquement conductrices et conviennent comme substitut du graphite naturel, qui se compose également de carbone :une matière première critique en ressources pour l'économie allemande qui doit actuellement être importée de Chine à grands frais.

Aliments pour impression 3D

Autre avantage :le CFRP recyclé peut être utilisé pour des procédés de fabrication additive comme l'impression 3D. « C'est également un sujet tendance dans l'industrie qui rend les processus de production plus efficaces et réduit les coûts, " dit Seiler. Après tout, Les avionneurs doivent également se conformer aux exigences de l'Union européenne (UE) en vigueur depuis 2015 :jusqu'à 85 % du poids moyen d'un véhicule d'occasion doit être recyclé. De plus :en Allemagne, la mise en décharge de CFRP est interdite, et les usines d'incinération des déchets peuvent refuser d'accepter le matériel.

Pyrolyse avec rayonnement micro-ondes

Les experts CFRP ont développé un procédé spécial permettant de récupérer les fibres de carbone de la matrice plastique. Faire cela, ils utilisent un rayonnement micro-ondes pour brûler la matrice plastique qui entoure les fibres. Pour que les fibres ne brûlent pas à des températures allant jusqu'à 900 degrés Celsius, la combustion doit être effectuée sans oxygène. "Dans le jargon technique, c'est ce qu'on appelle la décomposition pyrolytique, " explique Seiler. L'avantage du rayonnement micro-ondes :l'efficacité énergétique - un four entier n'a plus besoin d'être chauffé, juste le composant lui-même. Les collègues du département Polymer Engineering du Fraunhofer ICT intègrent les fibres récupérées dans un matériau thermoplastique. Ce matériau composite a des propriétés similaires au graphite et convient à la fabrication de plaques bipolaires. "Notre prototype a passé tous les tests de conductivité, densité et résistance à la corrosion parfaitement, " rapporte Seiler.

« Nous avons prouvé qu'il est généralement possible d'utiliser des fibres CFRP recyclées pour produire des plaques bipolaires pour batteries et piles à combustible. Cela montre que le recyclage fonctionne dans une approche holistique. Ceci est particulièrement intéressant pour l'industrie aéronautique, " dit Seiler en résumant la valeur ajoutée du travail de recherche. Le CFRP recyclé ainsi que les plaques bipolaires qui en sont fabriquées peuvent être vus à l'ILA. Les prochaines étapes jusqu'au début de l'été sont la caractérisation des plaques bipolaires dans la cellule de batterie réseau et des études concernant l'analyse de cycle de vie. nous voulons affiner la technologie afin de pouvoir fabriquer en série des plaques bipolaires à partir de CFRP recyclé - par exemple, avec un partenaire aéronautique, " conclut Seiler.