カーボンファイバーリサイクルの革新的アプローチでグリーンな未来へ

Waseda University, Shinjuku, Japan

世界は急速に発展した未来に向かっており、炭素繊維強化プラスチック（CFRP）は技術的・産業的進歩を可能にする鍵役割を果たしています。これらの複合材料は軽量かつ高強度で、航空、宇宙、自動車、風力発電、スポーツ用品などさまざまな分野での応用が望まれています。

しかし、CFRPリサイクルは大きな課題を提示し、廃棄物管理は喫緊の問題です。従来リサイクル法は高温加熱や化学処理を必要とし、高環境負荷と高コストをもたらします。さらに、高品質炭素繊維の回収は困難でした。この点で、電気水圧破砕が有望オプションとして提案されています。この技術では、高電圧放電プラズマで生成される強力衝撃波インパルスを異材料界面に沿って適用し、各成分を分離します。

この方法は有利ですが、さらに改善できるでしょうか？この問いに答えるべく、早稲田大学の研究チーム、創造理工学部Chiharu Tokoro教授率いるKeita Sato氏、Manabu Inutsuka氏、Taketoshi Koita氏が、CFRP効率的リサイクルのための新しい直接放電電気パルス法を考案。成果はScientific Reports誌2024年11月30日号に掲載。

Tokoro氏は今回の研究動機について：「以前の研究で、電気パルス現象を用いて水中で衝撃波を発生させ、難加工材料を効率的に破砕する研究専門性を確立していました。しかし、リチウムイオン電池などの応用では、材料自体のジュール熱と気化膨張を利用する直接放電が、衝撃波依存より高効率分離に有効であることを発見。このアプローチをCFRPに適用し、既存法より効率的分離が可能と仮説立てました。」

直接放電電気パルス技術は、ジュール熱発生、熱応力発生、プラズマ生成による膨張力を活用し、加熱や化学薬品を不要とします。研究者たちはこの方法を電気水圧破砕と比較し、回収炭素繊維の長さ、引張強度、樹脂付着、構造劣化、繊維分離エネルギー効率など物理的特性を検証。新手法が炭素繊維回収により効果的であることを発見。比較的長い繊維を高強度で保存し、残留樹脂なしで表面までCFRPを個々の繊維へ精密分離。

さらに、直接放電アプローチは従来代替法比でエネルギー効率を少なくとも10倍改善し、環境影響低減と資源利用促進を実現。

したがって、この技術はCFRPリサイクルを加速し、持続可能社会発展に大きく貢献すると期待されます。Tokoro氏によれば、「研究成果は廃棄航空機部品、自動車廃棄物、風力タービンブレードからのCFRPリサイクルなど多数の応用を持ちます。したがって、本革新は効率的資源回収と環境影響低減により、産業横断的な持続可能性を支援します。」

全体として、この研究は国連持続可能開発目標の「産業と技術革新の基盤をつくろう（SDG 9）」と「つくる責任つかう責任（SDG 12）」をさらに推進することが期待されます。

詳細については、Armand Aponteまでお問い合わせください（+81 368-690-056）。

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