Ils peuvent remplacer les matériaux à forte intensité de CO² tels que le cuivre, l’acier et l’aluminium dans les secteurs de la construction, de l’aérospatiale, de l’automobile et autres. Ils constituent le pari mondial d’une transition énergétique en marche.
Les nanotubes de carbone, des filaments 2 000 fois plus fins qu’un cheveu, sont déjà utilisés dans les batteries adaptées aux appareils électroniques portables, et de plus en plus dans les composites structurels, les câbles électriques et les capteurs des textiles intelligents et des technologies portables. Mais peuvent-ils être recyclés ? Et si nous remplissions le monde de nanotubes de carbone et qu’ils finissent par devenir le grand problème du nouveau siècle ?
Actuellement, la capacité mondiale de production de nanotubes de carbone (CNT) est de l’ordre de 10 kt/an, un taux qui augmente d’environ 30 % par an. Et cela pourrait être accéléré à l’échelle d’une mégatonne si les efforts d’initiatives comme Carbon Hub réussissent et si les nanocarbones commencent à devenir disponibles en tant que coproduits de l’hydrogène turquoise. On s’attend même à ce qu’ils servent à déplacer les métaux.
Cependant, à notre connaissance, aucune tentative n’a été menée pour exploiter le recyclage des matériaux à base de nanotubes de carbone (CNT) à l’échelle macroscopique à partir de leurs composites. Sont-ils utiles après utilisation ? Vaut-il la peine de commencer dès maintenant à étudier le processus de réutilisation des nanotubes de carbone ?
Recyclable ?
De l’IMDEA Materials Institute nous venons de publier dans le magazine Charbon un travail innovant qui démontre, pour la première fois, la capacité de recycler des feuilles de nanotubes de carbone (CNT) de haute performance tout en préservant leur forme, leur alignement structurel, leurs propriétés mécaniques et électriques et leur flexibilité intrinsèque.
Les macromatériaux du futur constituent un nouveau substitut aux poudres communément appelées NTC individuels. Chez IMDEA Materials, nous développons des fibres, des fils et des tissus uniques constitués de milliards de NTC interconnectés qui forment des réseaux à l’échelle nanométrique. Ils sont flexibles, légers, solides et conducteurs d’électricité et de chaleur, et peuvent être utilisés dans de nombreuses applications techniques.
Ces fibres et feuilles de CNT ont une résistance structurelle et une flexibilité élevées, ainsi que des propriétés mécaniques, électriques et thermiques élevées. Cela permet son utilisation dans le renforcement structurel des stratifiés composites, ainsi que dans les capteurs de déformation/contrainte imprimables, les conducteurs électriques et les anodes de batteries flexibles, entre autres applications. Ce sont ces propriétés qui les rendent si polyvalents.
Notre objectif était de vérifier dans quelle mesure leurs propriétés restent intactes après avoir été soumises à un processus de recyclage.
Traitement thermique
Nous soumettons des plaques de différentes densités (y compris commerciales) à un processus de traitement thermique en deux étapes.
Les feuilles de CNT recyclées ont démontré une conservation presque complète des propriétés mécaniques et électriques. Cela démontre que les matériaux hautes performances fabriqués à partir de nanotubes de carbone sont recyclables et peuvent être réutilisés dans la même application comme renforcement structurel ou conducteurs électriques et anodes flexibles de batteries, entre autres applications.
Comme un Lego®
Les feuilles recyclées pourraient retrouver leur état initial, comme des blocs de construction. Les NTC peuvent se dissoudre et devenir des solutions cristallines liquides, qui pourraient ensuite être refilées en une nouvelle fibre de haute qualité.
Ce serait comme décomposer un modèle Lego en briques individuelles, puis reconstruire le modèle original avec la même forme, la même robustesse et la même qualité.
Cela n’est pas possible avec les fibres de carbone conventionnelles car leur structure est constituée de cristallites qui fusionnent, de sorte qu’elles ne peuvent pas être décomposées en cristallites individuelles et regraphitées en un filament de fibre continu.
D’un autre côté, les nanotubes de carbone sont capables de se dissoudre et d’être refilés en fibre, ce qui se fait déjà à l’échelle commerciale.
La réutilisation de nouveaux matériaux nous évitera de commettre les mêmes erreurs du passé. On commence ?
