Pengembangan teknologi dan metode daur ulang serat karbon dari bahan komposit tanpa mengurangi kualitas material. Daur ulang ini berguna untuk industri otomotif, dirgantara, dan energi baru terbarukan. Di Indonesia?
Penulis/editor: Rayendra L Toruan
TechnoMachinews.id – Fraunhofer EMI (sumber): Penggunaan teknologi inovasi dan metode daur ulang serat karbon dengan laser pada umumnya digunakan di industri otomotif, dirgantara, dan energi baru terbarukan.
Di industri otomotif, metode daur ulang berguna untuk pembuatan komponen kendaraan yang ringan dan kuat. Sedangkan pada industri dirgantara berguna dalam pembuatan pesawat dan roket.
Di industri energi baru terbarukan, metode daur ulang khusus untuk turbin angin dan tangki hidrogen bertekanan tinggi.
Tim peneliti di Fraunhofer Institute for High-Speed Dynamics, Ernst-Mach-Institut EMI mengembangkan teknologi metode daur ulang yang memungkinkan untuk mendapatkan kembali serat karbon secara berkesinambungan dari bahan komposit—tanpa mengurangi kualitas bahan atau material.
Serat karbon adalah bahan komposit yang terdiri dari serat yang sangat kuat dan ringan, biasanya berada dalam matriks polimer.
Laser berdaya tinggi digunakan untuk degradasi lokal matriks plastik yang diperkuat serat berlapis-lapis saat proses bersuhu tinggi. Metode daur ulang ini menawarkan manfaat ekologis dan potensi ekonomi yang besar.
Degrasi lokal matriks atau Pyrolysis lokal dengan laser merupakan langkah yang lebih maju dalam teknologi daur ulang dengan solusi yang efisien dan berkelanjutan untuk memanfaatkan kembali serat karbon.
Pyrolysis adalah proses dekomposisi termokimia bahan organik melalui pemanasan tanpa atau dengan sedikit oksigen. Proses ini menghasilkan produk berupa gas, cairan, dan padatan seperti arang.
Pyrolysis sering digunakan untuk mengubah biomassa, plastik, atau limbah menjadi bahan bakar atau produk bernilai tinggi.
Keuntungan teknologi pyrolysis lokal dengan laser untuk industri daur ulang adalah pencapaian efisiensi yang tinggi. Proses pyrolysis lokal dengan laser memungkinkan pelepasan serat karbon secara cepat dan presisi.
Selanjutnya mengurangi limbah dan emisi dibandingkan metode tradisional dan serat karbon yang didaur ulang tetap memiliki kekuatan dan performa tinggi yang mengurangi biaya produksi dengan memanfaatkan metode daur ulang.
Komposit serat karbon sangat kuat dan ringan sehingga bahan ini merupakan pilihan yang tepat bagi para pelaku industri. Tentu saja pembuangan dan metode daur ulang material dengan kinerja yang tinggi merupakan tantangan yang signifikan bagi para peneliti.
Tim peneliti di Fraunhofer EMI mengembangkan proses di mana serat dari komposit bekas disiapkan secara efisien untuk digunakan kembali—tanpa memengaruhi sifat mekanisnya secara negatif.
Metode daur ulang terkini untuk plastik yang diperkuat serat dengan cara pencacahan, yang memperpendek bahan serat dan mengarah pada daur ulang.
Komposit serat karbon terdiri dari benang serat yang berada dalam polimer. Hal ini memungkinkan untuk menyatukan serat, mempertahankan geometri komponen, dan melindungi serat dari pengaruh lingkungan.
Serat dapat melekat dalam dua jenis plastik yakni sebagai komposit termoseting yang terdiri dari matriks yang tidak dapat meleleh, artinya tidak dapat diproses ulang, ini berperilaku seperti perekat yang mengeras dan kemudian membentuk ikatan yang tahan lama.
Sebaliknya, komposit termoplastik dapat dicairkan dan diproses ulang. Namun, plastik termoseting lebih mudah diproses, dan karenanya lebih sering digunakan dalam aplikasi struktural industri.
Para peneliti di Fraunhofer EMI menggunakan laser berdaya tinggi untuk reklamasi terkendali penguat serat dari komposit termoset.
Metode ini khususnya relevan untuk tangki hidrogen bertekanan tinggi, di mana serat karbon kontinyu dililitkan di sekeliling lapisan plastik agar tangki mampu menahan tekanan layanan internal tinggi hingga 700 bar.
Keuntungan dari metode daur ulang yang inovatif ini terletak pada kemampuan untuk menghilangkan matriks termoset yang mengelilingi serat karbon melalui pirolisis lokal, sementara membiarkan serat itu sendiri hampir tidak rusak.
“Yang membuat proses ini istimewa adalah kami melakukan pirolisis matriks dan pelepasan serat secara bersamaan, pada kecepatan yang wajar tanpa merusak serat karbon,” tutur Mathieu Imbert, manajer proyek.
Tantangannya terletak pada pendefinisian jendela proses yang optimal, karena degradasi termal matriks terjadi pada suhu 300 hingga 600 derajat Celsius, sementara serat mungkin mulai rusak saat suhu mencapai sekitar 600 derajat Celsius.
“Kami menemukan kompromi yang sangat baik antara efisiensi proses dan kualitas bahan daur ulang. Hasil kami menunjukkan bahwa serat kontinu yang direklamasi dengan cara ini memiliki sifat kinerja yang sama baiknya dengan serat baru, yang membuat metode ini sangat menarik,” lanjut Mathieu Imbert.
Penggunaan daur ulang di Indonesia
Metode inovatif ini menawarkan keuntungan ekologis dan potensi ekonomi yang cukup besar bagi perusahaan daur ulang.
Karena panas diterapkan secara lokal dan serat roving terus direklamasi pada saat yang sama, tidak diperlukan waktu pirolisis yang lama dan biaya proses yang tinggi yang biasanya diperlukan saat bekerja dengan tangki hidrogen berdinding tebal.
Lebih jauh lagi, proses reklamasi berbantuan laser hanya membutuhkan sekitar seperlima dari jumlah energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan serat baru. Dan hal itu merupakan keuntungan utama dalam konteks kenaikan biaya energi dan peningkatan persyaratan lingkungan saat ini.
Proyek ini dijadwalkan akan berlangsung hingga akhir tahun 2025. Ini adalah bagian dari proyek DigiTain yang didanai oleh Kementerian Federal Jerman untuk Urusan Ekonomi dan Aksi Iklim (BMWK).
Para peneliti tengah berupaya membuat proses tersebut lebih hemat energi dan lebih meningkatkan kualitas serat daur ulang.
Tim peneliti memandang hubungan yang sangat positif antara kualitas tinggi bahan daur ulang dan biaya proses yang rendah sebagai argumen utama dalam rencana mereka untuk mentransfer metode baru tersebut ke industri daur ulang.
Di Indonesia, industri yang memanfaatkan teknologi dan metode daur ulang dilakukan di industri plastik dengan mengolah botol plastik bekas menjadi bahan baku baru.
Demikian pula pada industri tekstil dengan menerapkan metode daur ulang dengan memanfaatkan limbah tekstil untuk produk baru. Sedangkan di industri besi dan baja penggunaan metode daur ulang logam khusus untuk konstruksi.
Demikian pula pada industri kertas, metode daur ulang berguna untuk mengolah bahan kertas bekas menjadi produk yang baru yang menghasilkan nilai ekonomi baru.
