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市場環境
英國的ELG碳纖維公司指出,在制造過程中,材料往往是手工堆放的,碳纖維片實際尺寸的近三分之一在修剪后未被使用。因此,大量的碳纖維最終沒有成為產品,而是被送往垃圾填埋場。每年大約有62000噸未利用的碳纖維廢棄物被累積起來,其中飛機和風能行業的廢料最多。如果不采取任何行動,到2035年,預計飛機行業將產生23600噸未使用的碳纖維廢料,風力渦輪機行業將產生另外48.3萬噸。這兩個領域產生的碳纖維廢料的總積累震驚了世界。
纖維廢料對環境的影響這一全球性問題,已經實施了幾種立法方法。例如,歐洲聯盟實行了一項限制碳纖維廢物處置的政策,同時鼓勵將廢物用作替代資源。構建了一個五步驟的廢物處理層次,最上面的步驟是避免廢料,其次是再利用和回收多余的碳纖維殘留物,然后是各種回收方法,最后是廢料處理。此外,限制填埋和焚燒作為碳纖維廢棄物處理方法的一部分,旨在促進材料的循環利用。另外一個角度,碳纖維是環保的,并具有更長的生命周期。然而,碳纖維生產制備所消耗的能源幾乎是鋼鐵的14倍。這種超高的能源強度需求導致了大量的溫室氣體排放,因此,回收再利用過程可能是減少這種環境影響的最佳方法之一,同時滿足全球對碳纖維這種材料的工業應用的需求。
航空航天廢料是全球回收碳纖維市場的主要來源。2021年,航空航天廢料市場占據了全球市場近五分之三的份額,并預計在2022年至2031年間將繼續保持領先地位。這一細分市場預計將以12.3%的年復合增長率快速增長。由于碳纖維在制造最新戰斗機中的廣泛使用,航空航天廢料提供了豐富的二手碳纖維來源。這種回收不僅具有商業價值,還有助于環保,推動了從試點規模到工業過程的發展。在應用領域,汽車和運輸部門在整個預測期內將保持其領先地位。這些部門在全球市場中占據了三分之一以上的最大份額,預計將在2022年至2031年間繼續主導市場。由于對高速、輕重量和高剛度等性能的需求,回收碳纖維在多種運輸設備中得到廣泛應用,預計將加速市場增長。在地域分布上,北美預計將在預測期內加強其市場領導地位,占總市場的近五分之二。美國建筑業的發展增加了對回收碳纖維的需求,而加拿大汽車行業的擴張也促進了對此類產品的需求。與此同時,歐洲市場預計將以12.6%的年復合增長率快速增長,德國成為該地區的主要市場。歐洲的領先汽車公司,如奧迪、寶馬和梅賽德斯-奔馳,也在通過制造先進汽車來推動回收碳纖維的使用和增值。航空航天廢料是全球回收碳纖維市場的主要來源。2021年,航空航天廢料市場占據了全球市場近五分之三的份額,并預計在2022年至2031年間將繼續保持領先地位。這一細分市場預計將以12.3%的年復合增長率快速增長。由于碳纖維在制造最新戰斗機中的廣泛使用,航空航天廢料提供了豐富的二手碳纖維來源。這種回收不僅具有商業價值,還有助于環保,推動了從試點規模到工業過程的發展。在應用領域,汽車和運輸部門在整個預測期內將保持其領先地位。這些部門在全球市場中占據了三分之一以上的最大份額,預計將在2022年至2031年間繼續主導市場。由于對高速、輕重量和高剛度等性能的需求,回收碳纖維在多種運輸設備中得到廣泛應用,預計將加速市場增長。在地域分布上,北美預計將在預測期內加強其市場領導地位,占總市場的近五分之二。美國建筑業的發展增加了對回收碳纖維的需求,而加拿大汽車行業的擴張也促進了對此類產品的需求。與此同時,歐洲市場預計將以12.6%的年復合增長率快速增長,德國成為該地區的主要市場。歐洲的領先汽車公司,如奧迪、寶馬和梅賽德斯-奔馳,也在通過制造先進汽車來推動回收碳纖維的使用和增值。
圖 碳纖維回收生態
日本:日本早在2006年就開始開發碳纖維再生技術,并成功開發出可控制回收碳纖維(RCF)長度,去除金屬雜質,并保持樹脂殘渣量很低的碳纖維再生技術。主要的日本碳纖維再生公司有東麗、東邦(隸屬于帝人集團)、三菱麗陽公司……
德國:德國CFK Valley Recycling、Holy Technologies……
美國:美國Carbon Conversions公司、MIT LLC公司、Vartega、美國波音公司……
英國:SHD Composite Materials有限公司(英國斯萊福德),ELG碳纖維公司……
中國 :北京化工大學賈曉龍教授團隊、南通復源新材料(上海交大楊斌副教授團隊)……
領域內
研究主力
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結論
總體來說,華盛頓州立大學的研究為解決復合材料回收這一長期挑戰提供了重要的突破。通過開發一種既強韌又可回收的碳纖維復合材料,這項研究不僅有助于減少環境足跡,還為材料科學領域帶來了新的可持續發展方向。這項技術的應用潛力巨大,預示著未來在復合材料設計和制造方面的重大變革。隨著進一步的研究和開發,這種可回收復合材料有望在多個領域發揮重要作用,為可持續性目標做出重要貢獻。
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