Команда исследователей Национального университета Сингапура (НУС) разработала метод переработки трудноутилизируемых композитных отходов — смесей углеродного волокна и эпоксидной смолы — в лёгкий пористый аэрогель с широким спектром практических применений. Работу выполнил аспирант Фан Нго Минь Куанг под руководством доцента доктора Дуонг Минь Хая с кафедры машиностроения Школы дизайна и инженерии НУС при участии учёных из Сингапура, Вьетнама и Китая. Результаты опубликованы 29 июня в рецензируемом научном журнале Waste Management. На снимке из лаборатории НУС исследователи демонстрируют готовый образец аэрогеля — тёмный круглый диск, удерживаемый в перчатке.

Проблема, которая нарастает с каждым годом

Композиты из углеродного волокна и эпоксидной смолы стали стандартом в аэрокосмической отрасли, производстве ветряных турбин, современном автомобиле- и судостроении — везде, где критично сочетание высокой прочности и минимального веса. Однако по окончании срока службы эти конструкции оказываются в тупике: эпоксидная смола, в отличие от термопластичных смол, после затвердевания практически не поддаётся переплавке и повторной формовке. Существующие технологии в основном извлекают ценное углеродное волокно, тогда как эпоксидная матрица уничтожается, сбрасывается на полигоны или идёт на производство низкоценных изделий. Альтернативные методы — пиролитические, химические, термические — требуют экстремальных температур, агрессивных реагентов или больших затрат энергии, что делает их экономически и экологически сомнительными в масштабах промышленной переработки.

Подход «всё целиком»: от порошка к аэрогелю

Исследовательская группа Дуонг Минь Хая сознательно отказалась от стратегии разделения компонентов. Вместо того чтобы извлекать волокна и выбрасывать смолу, команда предложила использовать композит целиком. Отходы измельчаются в мелкий порошок и короткие волокнистые фрагменты, которые затем смешиваются с карбоксиметилцеллюлозой — связующим веществом на основе целлюлозы. Полученная суспензия подвергается лиофилизации (сублимационной сушке в вакууме), в результате чего формируется аэрогель: сверхлёгкий, высокопористый материал, в котором, по данным публикации, 91–94 % объёма приходится на заполненные воздухом пустоты. Именно эта структура определяет ключевые функциональные свойства готового продукта.

Три направления применения и проверка безопасности

Испытания показали, что аэрогель обладает выраженными теплоизоляционными и звукопоглощающими характеристиками, что открывает путь к его использованию в строительных и инженерных конструкциях для снижения теплопередачи и шумового загрязнения. Отдельный блок экспериментов был посвящён сорбционным свойствам: после обработки поверхности для ограничения водопроницаемости материал поглотил значительное количество нефти при крайне низкой водопоглощающей способности. Это свойство делает аэрогель потенциально пригодным для ликвидации разливов нефти и разделения нефтяных эмульсий. Тесты цитотоксичности на фибробластных клетках не выявили токсического воздействия материала в условиях эксперимента, что, по оценке авторов, позволяет продолжать оценку безопасности при контакте с человеком и окружающей средой.

Масштабирование и поиск партнёров

«Усовершенствованные композитные материалы позволили создавать более лёгкие и эффективные конструкции во многих отраслях промышленности. Следующий шаг — обеспечить устойчивое использование этих материалов по завершении их жизненного цикла», — подчеркнул доцент доктор Дуонг Минь Хай. В настоящее время группа активно ищет партнёров в аэрокосмической отрасли, сфере передовых материалов, производстве и управлении отходами. Приоритетными задачами ближайшего этапа названы масштабирование технологии, а также комплексная оценка её экологической и экономической эффективности перед возможным переходом к промышленному внедрению.

Противоречивые данные

В предоставленных для фактологической проверки источниках существенных расхождений с основным текстом не выявлено. Однако стоит отметить, что один из ссылаемых материалов (pravda.ru) посвящён льняным композитам как альтернативе углеродным волокнам и не имеет прямого отношения к описанному исследованию НУС; его использование в качестве подтверждения фактов по аэрогелю из углеродных композитов некорректно. Источник vietnam.vn затрагивает тему вьетнамских учёных и авиационных отходов, что косвенно подтверждает международный характер команды, но не содержит независимых количественных данных по аэрогелю. Таким образом, все конкретные цифры (91–94 % пористости, результаты сорбции, цитотоксичность) опираются исключительно на публикацию в Waste Management и пресс-релиз НУС.