Команда дослідників Національного університету Сінгапуру (НУС) розробила метод переробки важкоутилізовуваних композитних відходів — сумішей вуглецевого волокна та епоксидної смоли — у легкий пористий аерогель із широким спектром практичних застосувань. Роботу виконав аспірант Фан Нго Мін Куанг під керівництвом доцента доктора Дуонг Мін Хая з кафедри машинобудування Школи дизайну та інженерії НУС за участі вчених із Сінгапуру, В'єтнаму та Китаю. Результати опубліковані 29 червня в рецензованому науковому журналі Waste Management. На знімку з лабораторії НУС дослідники демонструють готовий зразок аерогелю — темний круглий диск, утримуваний у рукавичці.

Проблема, що наростає з кожним роком

Композити з вуглецевого волокна та епоксидної смоли стали стандартом у авіакосмічній галузі, виробництві вітрових турбін, сучасному автомобіле- та суднобудуванні — всюди, де критичне поєднання високої міцності та мінімальної ваги. Однак закінчивши термін служби, ці конструкції опиняються в глухому куті: епоксидна смола, на відміну від термопластичних смол, після затвердіння практично не піддається переплавці та повторній формувці. Існуючі технології в основному видобувають цінне вуглецеве волокно, тоді як епоксидна матриця знищується, скидається на полігони або йде на виробництво низькоцінних виробів. Альтернативні методи — піролітичні, хімічні, термічні — вимагають екстремальних температур, агресивних реагентів або великих витрат енергії, що робить їх економічно та екологічно сумнівними в масштабах промислової переробки.

Підхід «все цілком»: від порошку до аерогелю

Дослідницька група Дуонг Мін Хая свідомо відмовилася від стратегії розділення компонентів. Замість того щоб виділяти волокна та викидати смолу, команда запропонувала використовувати композит цілком. Відходи подрібнюються в дрібний порошок і короткі волокнисті фрагменти, які потім змішуються з карбоксиметилцелюлозою — зв'язуючою речовиною на основі целюлози. Отримана суспензія піддається лioфілізації (сублімаційному висушуванню у вакуумі), внаслідок чого формується аерогель: надлегкий, високпористий матеріал, у якому, за даними публікації, 91–94 % об'єму припадає на порожнини, заповнені повітрям. Саме ця структура визначає ключові функціональні властивості готового продукту.

Три напрямки застосування та перевірка безпеки

Випробування показали, що аерогель має виражені теплоізоляційні та звукопоглинаючі характеристики, що відкриває шлях до його використання в будівельних та інженерних конструкціях для зменшення теплопровідності та шумового забруднення. Окремий блок експериментів був присвячений сорбційним властивостям: після обробки поверхні для обмеження водонепроникності матеріал поглинув значну кількість нафти при вкрай низькій водопоглинаючій здатності. Ця властивість робить аерогель потенційно придатним для ліквідації розливів нафти та розділення нафтових емульсій. Тести цитотоксичності на фібробластних клітинах не виявили токсичної дії матеріалу в умовах експерименту, що, за оцінкою авторів, дозволяє продовжувати оцінку безпеки при контакті з людиною та навколишнім середовищем.

Масштабування та пошук партнерів

«Удосконалені композитні матеріали дозволили створювати легші та ефективніші конструкції в багатьох галузях промисловості. Наступний крок — забезпечити стійке використання цих матеріалів після завершення їхнього життєвого циклу», — наголосив доцент доктор Дуонг Мін Хай. Наразі група активно шукає партнерів у авіакосмічній галузі, сфері передових матеріалів, виробництві та управлінні відходами. Пріоритетними завданнями найближчого етапу названо масштабування технології, а також комплексна оцінка її екологічної та економічної ефективності перед можливим переходом до промислового впровадження.

Суперечливі дані

У наданих для фактологічної перевірки джерелах суттєвих розбіжностей із основним текстом не виявлено. Водночас варто зазначити, що одне зі згадуваних джерел (pravda.ru) присвячене льняним композитам як альтернативі вуглецевим волокнам і не має прямого стосунку до описаного дослідження НУС; його використання як підтвердження фактів щодо аерогелю з вуглецевих композитів є некоректним. Джерело vietnam.vn торкається теми в'єтнамських учених та авіаційних відходів, що опосередковано підтверджує міжнародний характер команди, але не містить незалежних кількісних даних щодо аерогелю. Таким чином, усі конкретні цифри (91–94 % пористості, результати сорбції, цитотоксичність) ґрунтуються виключно на публікації в Waste Management та прес-релізі НУС.