Přečtěte si:  Smart city a elektromobilita pro praktický užitek a jejich aktuální výzvy

Nové přístupy k recyklaci uhlíku

11.8.2014 Uhlík, relativně malý a lehký prvek, je základem prakticky všeho, co nás obklopuje, počínaje veškerými organickými sloučeninami (a tím pádem i všemi živými organismy), přes celou řadu anorganických látek, až po různé modifikace samotného přírodního uhlíku. Uhlík obsahuje cca 10 miliónů nejrůznějších látek. Příčinou této obrovské variability je schopnost uhlíku ochotně na sebe vázat další lehké atomy, včetně sebe sama. A stejně jako příroda začali těchto unikátních vazebných schopností využívat i vědci k výrobě nejrůznějších umělých materiálů.

Mezi nejrozšířenější dnes nepochybně patří uhlíková vlákna. Jde o velmi tenká vlákna o průměru zhruba 5 až 10 mikrometrů (pro srovnání, vlas má průměr zhruba 100 mikrometrů) tvořená výhradně atomy uhlíku. Již v 60. letech minulého století je objevil americký vědec Roger Bacon, a přestože tehdy vlákna nedosahovala takové čistoty jako ta současná, stále vykazovala parametry, které přivítali konstruktéři z mnoha oborů. Patří mezi ně zejména vysoká tuhost a pevnost v tahu, odolnost vůči teplotním změnám a chemikáliím a malá hmotnost. Díky této kombinaci vlastností měl nový materiál velký potenciál zejména pro letecký průmysl, kde se součástky z uhlíkových vláken začaly používat již na přelomu 60. a 70. let minulého století. Od té doby se staly kompozity na bázi uhlíkových vláken nedílnou součástí nejen letadel, ale také větrných elektráren, automobilů či sportovních potřeb.

Nic však není dokonalé a výborné vlastnosti uhlíkových vláken jsou draze vykoupeny jejich výrobní cenou. Přestože je uhlíku všude kolem nás dostatek, uspořádat jednotlivé atomy do struktury tvořící vlákna představuje velmi komplikovaný výrobní proces vyžadující teploty přes 2000 °C, což je extrémně energeticky náročné. Navzdory širokým možnostem využití proto zůstávají uhlíková vlákna doménou výrobků, u nichž nehraje cena zásadní roli. Výhledově bychom se však s nimi mohli setkávat častěji. Vědci společnosti Siemens totiž vyvinuli způsob, jak efektivně recyklovat uhlíková vlákna z vyřazených kompozitů, tvořených kromě samotných vláken ještě polymerovou matricí.

V současné době se uhlíková vlákna z těchto kompozitů recyklují poměrně drastickým způsobem zvaným pyrolýza neboli tepelný rozklad. Při něm jsou, zjednodušeně řečeno, kompozity zahřáty na vysokou teplotu, při níž se spálí polymerová část kompozitu, a dojde tak k oddělení uhlíkových vláken. Tato metoda však má negativní vliv na vlastnosti vláken, protože po spálení polymerů mohou být vlákna různě spletená či pokroucená, což omezuje jejich další využití. Vědci proto šli na věc z druhé strany a využili chemických vlastností polymerů. Během speciálního procesu, při němž jsou kompozity pod tlakem zahřáty na 200 °C, se polymery přeměňují na alkoholy tvořené menšími molekulami, jež se pomocí vody odloučí od uhlíkových vláken. Výhodou metody je nejen nižší energetická náročnost a nulová spotřeba toxických rozpouštědel, ale zejména její šetrnost vůči samotným uhlíkovým vláknům. Ta jsou na konci procesu prakticky netknutá a zachovávají si původní velikost a tvar, včetně nepoškozeného povrchu. Mechanické vlastnosti vláken jsou tedy recyklací ovlivněny naprosto minimálně.

Aby však mohla být metoda používána ve větší míře, musí vědci ještě vyřešit, jak využít recyklovaná vlákna k výrobě produktů a součástek, jež mají jiné rozměry a tvar, než původní komponenty.

Siemens, redakčně upraveno

Foto © Siemens

Další informace zde

Přečtěte si také o principech dalších technologií:

Víte, jak funguje baterie?

S bateriemi se setkáváme na každém kroku. Právě v naší rubrice Elektromobilita se o nich často pojednává jako o zdrojích elektrické energie. Bude proto užitečné si připomenout, jak baterie fungují 

Víte, jak funguje LED a OLED dioda?

LED dioda se stává stále užívanějším zdrojem osvětlení ve všech velikostech a účelech použití.  Je proto užitečné vědět, jak toto zařízení funguje. 

Víte, jak funguje veřejné osvětlení?

Další nápověda k článkům pojednává o veřejném osvětlení, tedy osvětlení ulic, silnic nebo jiných veřejných prostranství. Osvětlovací soustava veřejného osvětlení zahrnuje svítidla, podpěrné a nosné prvky, elektrický rozvod a ovládací systém. 

Víte, jak fungují elektromobily a elektrobusy?

V článku se podíváme, jakým způsobem se baterie a palivové články, používají u automobilů a autobusů i u dalších silničních dopravních prostředků. 

Víte, jak funguje jaderná elektrárna?

Pro porozumění základnímu principu fungování jaderné elektrárny si nejprve stručně ukážeme, jak probíhá výroba elektřiny v uhelné elektrárně a teplo spalovaného uhlí nahradíme jiným teplem – teplem ze štěpné jaderné reakce. 

Víte, jak funguje fotovoltaický článek?

 Víte, co to je a jak funguje smart grid?

Výrazem „smart grid“, nebo také česky „inteligentní síť“, bývají označovány komunikační sítě, které umožňují regulovat výrobu a spotřebu elektrické energie v reálném čase. Základním principem smart grid je vzájemná obousměrná komunikace 

Víte, jak funguje ekologická výroba tepla?

Článek pojednává o tepelných čerpadlech, často používaných v kombinaci se solárními kolektory, a o spalování biomasy. 

Víte, jak funguje kogenerace?

Kogenerace znamená společnou výrobu elektřiny a tepla v jednom zařízení. Vyrobená elektřina slouží pro vlastní spotřebu nebo ji lze prodávat do rozvodné sítě.  

Víte, jak funguje výroba elektřiny z gejzírů a z moře?

Kromě výroby elektřiny v malých vodních elektrárnách existují ve světě i jiné způsoby ekologického využití vody k výrobě elektřiny. Používají se v přírodních podmínkách, které se v ČR nevyskytují. 

Víte, jak funguje malá vodní elektrárna?

Malými vodními elektrárnami rozumíme vodní elektrárny o výkonu menším než 10 MW. Používají se k výrobě elektřiny pro osobní potřebu, pro průmyslové účely i k dodávkám do rozvodné sítě.  

Víte, jak funguje větrná elektrárna?

Víte, jak funguje palivový článek?

Pojmy, které je dobré znát

Vysokoteplotní elektrolýza vody v ÚJV Řež

Na odborném semináři Hydrogen Day, představil ÚJV Řež, a.s. experimentální zařízení pro vysokoteplotní elektrolýzu vody. Výsledky výzkumu se mohou uplatnit při výrobě vodíku v energetických zařízeních mj. pro využití v palivových článcích. 

Elektřina z mořských vln: představení elastomerové technologie

Na konci července 2013 představilo projektové konsorcium EPoSil v laboratoři společnosti Bosch první demonstrační model získávání elektřiny z mořských vln pomocí silikonových materiálů – elastomerů.  

Malé reaktory: významný trend v jaderné energetice

Vedle reaktorů 4. generace jsou důležitým současným trendem v rozvoji jaderné energetiky také tzv. malé reaktory. Jejich principy a vývojové směry ukázal 15. května 2013 na odborné konferenci Ing. Aleš John, MBA, Generální ředitel společnosti ÚJV Řež, a. s. 

Copyright © 2012 – 2024 Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services