จักรยานเก่าเต็มไปด้วยวัสดุที่ยากต่อการรีไซเคิล (รูปภาพเซบาสเตียน โดเออร์เคน/เก็ตตี้)
ในยุคแรก ๆ ของการแข่งขันกีฬาโอลิมปิกและพาราลิมปิกสมัยใหม่ นักกีฬาแข่งขันกันโดยใช้อุปกรณ์ที่มีน้ำหนักมากและไม่เป็นไปตามหลักอากาศพลศาสตร์ มีบันทึกการขว้างหอกเป็นต้นเกือบสองเท่าตั้งแต่ปี พ.ศ. 2451 เมื่อมีการนำกีฬาชนิดนี้มาใช้
นักกีฬามีอาการดีขึ้น แต่อุปกรณ์ก็มีเช่นกัน
ในความเป็นจริง อุปกรณ์กีฬา (และวัสดุที่ใช้ทำ) ได้รับการปรับปรุงในกีฬาเกือบทุกประเภท โดยเฉพาะพลาสติกเสริมใยแก้วถือเป็นการปฏิวัติวงการ วัสดุคอมโพสิตเหล่านี้มักรวมพลาสติกเข้ากับคาร์บอนหรือใยแก้วที่แข็งแกร่ง ตอนนี้คุณสามารถค้นหาได้ในกีฬาส่วนใหญ่เล่นในระดับสูง
วัสดุที่แข็งแกร่ง โค้งงอได้ และน้ำหนักเบาเหล่านี้ทำให้นักกีฬาสามารถก้าวข้ามขีดจำกัดของการเล่นกีฬา คว้าเหรียญรางวัล และนำความภาคภูมิใจมาสู่ประเทศของตน แต่พวกมันมาพร้อมกับต้นทุนที่ซ่อนอยู่
วัสดุคอมโพสิตนั้นยากต่อการรีไซเคิลอย่างฉาวโฉ่ และปริมาณขยะจากการเล่นกีฬาก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การวิจัยของเราเสนอวิธีการเพื่อลดของเสียนี้ – และสกัดเส้นใยคาร์บอนอันมีค่าออกมา
คอมโพสิตทุกที่
พอลิเมอร์เสริมไฟเบอร์แพร่หลายมากขึ้นเนื่องจากมีคุณสมบัติเฉพาะตัว โดยนำเสนอการผสมผสานระหว่างน้ำหนักต่ำ ความยืดหยุ่น ความแข็งแรง และความทนทาน คุณสมบัติสามารถแก้ไขได้โดยการปรับเส้นใย การผสมวัสดุ และการเปลี่ยนแปลงวิธีการออกแบบอุปกรณ์กีฬา
หากคุณหยิบไม้เทนนิสสมัยใหม่ในมือข้างหนึ่งและไม้เทนนิสเก่าในมืออีกข้าง คุณจะสังเกตเห็นความแตกต่าง แร็คเกตคอมโพสิตรุ่นใหม่มีน้ำหนักเบาและแข็งแรง ช่วยให้ผู้เล่นได้ความเร็วสวิงที่เร็วขึ้น
ไม้แบดมินตันก็ทิ้งไม้เนื้อแข็งไว้ข้างหลังเช่นกัน ปัจจุบัน แม้แต่ลูกขนไก่ยังมีขนเสริมด้วยแท่งคาร์บอน
รองเท้าวิ่งอาศัยวัสดุผสมคาร์บอนเพื่อเพิ่มความสปริงตัว ช่วยขับเคลื่อน เพิ่มความมั่นคงของส้นเท้า และลดความเมื่อยล้าของเท้า
ปั่นจักรยานก็มีได้รับประโยชน์อย่างมากจากคาร์บอนคอมโพสิต จักรยานแข่งสมัยใหม่มักทำจากคาร์บอนไฟเบอร์ทั้งหมด รวมถึงตัวเชื่อม ท่อ และข้อต่อ จักรยานเหล่านี้มีน้ำหนักเบา ทนทานสูง และมีแรงต้านอากาศต่ำมากเมื่อเทียบกับจักรยานประเภทโลหะ
มองไปทางไหนก็เห็นพลาสติกคอมโพสิตเสริมใยไฟเบอร์ คันธนูในการยิงธนู, ไม้ค้ำในการกระโดดค้ำถ่อ, เก้าอี้ล้อเข็นในพาราลิมปิก, เสาตาข่ายคาร์บอนในวอลเลย์บอล, อานม้า, เกือกม้าและหมวกกันน็อคในสาขาวิชาขี่ม้า, ปืน bipods ในการยิง, ก้านไม้กอล์ฟในการเล่นกอล์ฟ, เรือใน ไม่ว่าจะเป็นการแล่นเรือใบ สเก็ตบอร์ดในการเล่นสเก็ต กระดานโต้คลื่นในการเล่นเซิร์ฟ และแม้แต่หน้าผาในการปีนหน้าผา ทั้งหมดนี้ล้วนทำจากวัสดุคอมโพสิต
เมื่อเกมจบลง
วัสดุเหล่านี้ได้เปลี่ยนแปลงกีฬาหลายประเภท แต่วัสดุคอมโพสิตนั้นทำจากวัสดุหลายชนิดรวมกัน นั่นหมายความว่าพวกมันมักจะรีไซเคิลได้ยาก
ตัวอย่างเช่น ในสหราชอาณาจักร ประมาณร้อยละ 90 ของขยะคอมโพสิตทั้งหมดไปฝังกลบ- มีเพียง 2 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่ถูกนำมาใช้ซ้ำสำหรับคาร์บอนไฟเบอร์ การผลิตคอมโพสิตใหม่ต้องใช้กพลังงานมาก-
อุปกรณ์กีฬาคอมโพสิตประมาณ 7,000 ตันทั่วโลกหมดอายุการใช้งานและสามารถรีไซเคิลได้ทุกปี ความต้องการรีไซเคิลกำลังเพิ่มขึ้น- กระแสขยะนี้เป็นสาเหตุเกือบ 9 เปอร์เซ็นต์ของตลาดคอมโพสิตทั้งหมด
เนื่องจากคอมโพสิตเหล่านี้ได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อย ๆ นักวิจัยจึงมองหาวิธีที่ดีกว่าในการรีไซเคิล โดยหลักการแล้วก็คือในรูปแบบที่ทำกำไรได้เช่นกัน แม้ว่าวิธีการหลายวิธีจะไม่ทำกำไร แต่การวิจัยก่อนหน้านี้ของเราพบว่ามีต้นทุนและผลประโยชน์หลายวิธีซึ่งแสดงถึงคำมั่นสัญญา
ในตัวเราการวิจัยล่าสุดเราได้นำวิธีหนึ่งในการทดสอบมาใช้ นั่นคือ การรีไซเคิลเคมีเชิงความร้อน
พิจารณาความท้าทายของการรีไซเคิลคอมโพสิต มักเคลือบด้วยโพลีเมอร์หรือเรซินเพื่อให้พื้นผิวมีความทนทานมากขึ้น แต่จะทำให้ดึงวัสดุเหล่านี้ออกจากกันได้ยากขึ้น เส้นใยคาร์บอนเป็นส่วนที่มีค่าที่สุดในวัสดุคอมโพสิตเหล่านี้
เพื่อหาวิธีในการสกัดเส้นใยเหล่านี้ เราใช้จักรยานที่แตกหักซึ่งทำจากคาร์บอนไฟเบอร์คอมโพสิต และทดลองรีไซเคิลโดยใช้สารเคมีและความร้อน
ด้วยการลองผิดลองถูก เราได้พัฒนาวิธีการทางเคมีที่มีประสิทธิภาพสูงในการเตรียมจักรยานที่แตกหักล่วงหน้า และค้นพบอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดในการละลาย: 425°C
ที่อุณหภูมินี้ เราสามารถแยกเส้นใยเหล่านี้ออกมาได้ค่อนข้างสมบูรณ์ เส้นใยรีไซเคิลยังคงรักษาความแข็งเดิมได้ 94 เปอร์เซ็นต์ และความแข็งแรงเดิม 90 เปอร์เซ็นต์
ซึ่งหมายความว่าสามารถนำไปใช้งานที่แตกต่างกัน โดยที่ความแข็งแรงและความแข็งต่ำกว่าเล็กน้อยเป็นที่ยอมรับได้
เส้นใยคาร์บอนที่นำกลับมาใช้ใหม่ยังสามารถนำไปใช้ในการพิมพ์ 3 มิติของส่วนประกอบอื่นๆ ของจักรยาน โดยมีอัตราส่วนน้ำหนักต่อความแข็งแรงที่สูงและความทนทานที่เพิ่มขึ้น หรือแม้แต่ในคอนกรีตเสริมเหล็ก
จากที่นี่ไปที่ไหน?
เป็นเรื่องยากที่จะเห็นนักกีฬาเปลี่ยนกลับไปใช้อุปกรณ์ที่หนักและไม่แอโรไดนามิกในอดีต แต่หากสามารถนำวัสดุอันมีค่ากลับมาใช้ใหม่ได้อย่างคุ้มค่าจากอุปกรณ์กีฬาเมื่อหมดอายุการใช้งาน มันก็จะสร้างแรงจูงใจที่จะทำสิ่งที่มีประโยชน์กับกระแสของเสียที่เพิ่มขึ้นนี้
แม้ว่าวิธีการใหม่ของเราใช้พลังงานน้อยกว่ากระบวนการรีไซเคิลความร้อนที่มีอยู่ และก่อให้เกิดผลพลอยได้ของเสียที่ค่อนข้างเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม แต่เราเชื่อว่าเราสามารถปรับปรุงกระบวนการนี้ให้ดียิ่งขึ้นเพื่อให้ยังคงใช้พลังงานน้อยลง
ท้ายที่สุด เราหวังว่าวิธีการนี้จะเป็นประโยชน์ในการช่วยให้ธุรกิจรีไซเคิลขนาดเล็กและขนาดกลางสามารถแปรรูปผลิตภัณฑ์คอมโพสิตจากกีฬาได้มากขึ้น
อาลี ฮาดิกีห์, อาจารย์อาวุโส สาขาวิชาวิศวกรรมโครงสร้าง,มหาวิทยาลัยซิดนีย์และเหยียนหนิง เว่ย, นักวิจัยหลังปริญญาเอก, วิศวกรรมโยธา,มหาวิทยาลัยซิดนีย์
บทความนี้เผยแพร่ซ้ำจากการสนทนาภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่านบทความต้นฉบับ-
