Investigadores revelan un avance «sorprendente» en el reciclaje de nanotubos de carbono

A diferencia de materiales tradicionales como los polímeros y las fibras de carbono, cuya calidad se degrada durante el reciclado, las fibras de nanotubos de carbono conservan el 100% de sus propiedades originales tras ser recicladas, lo que puede convertirlo en un material prometedor en el camino hacia prácticas sostenibles.

En un paso significativo hacia la creación de una economía sostenible y circular, investigadores de la Universidad de Rice, en EE.UU., han publicado un estudio en la revista Carbon que demuestra que las fibras de nanotubos de carbono (CNT) pueden reciclarse por completo sin pérdida alguna de su estructura o propiedades. Este descubrimiento sitúa a las fibras de CNT como una alternativa sostenible a materiales tradicionales como los metales, los polímeros y las fibras de carbono, mucho más grandes y notoriamente difíciles de reciclar.

«El reciclado de metales suele ser ineficaz y requiere mucha energía, los polímeros tienden a perder sus propiedades tras el reprocesado y las fibras de carbono no pueden reciclarse en absoluto, sino sólo reducirse a trozos pequeños», explica Matteo Pasquali, director del Carbon Hub de Rice y catedrático de Ingeniería Química y Biomolecular, Ciencia de los Materiales y Nanoingeniería y Química.

«A medida que se van ampliando las fibras de CNT, nos preguntamos si estos nuevos materiales podrían reciclarse en el futuro, y cómo, para evitar de forma proactiva los problemas de gestión de residuos que surgieron cuando otros materiales de ingeniería alcanzaron un uso a gran escala. Esperábamos que el reciclado fuera difícil y que conllevara una pérdida significativa de propiedades. Sorprendentemente, descubrimos que las fibras de nanotubos de carbono superan con creces el potencial de reciclabilidad de los materiales de ingeniería existentes, ofreciendo una solución a un importante problema medioambiental».

El equipo de investigación utilizó fibras de nanotubos de carbono hiladas en disolución en ácido clorosulfónico, un disolvente industrial muy utilizado. Dado que el reciclado al final de su vida útil reúne invariablemente materiales fabricados por distintas empresas en procesos diferentes, era importante evaluar el efecto de las múltiples fuentes de material en el proceso de fabricación de la fibra y en sus propiedades. Las fibras hechas de diferentes tipos de CNT producidos por distintos fabricantes se procesaron inicialmente en fibras vírgenes separadas de una sola fuente, y después se reciclaron combinándolas y mezclándolas en ácido clorosulfónico. Sorprendentemente, la mezcla de las dos fibras dio lugar a una redisolución completa y sin signos de separación de los dos materiales de origen en fases líquidas diferentes. Este material redisuelto se hiló en una fibra reciclada de origen mixto que conservaba la misma estructura y alineación de la fibra virgen.

«Al utilizar dos fuentes diferentes de nanotubos de carbono, nos aseguramos de que nuestro proceso de reciclado fuera representativo de las condiciones de la vida real», afirma la coautora Michelle Durán-Chaves, estudiante graduada en química. «Sorprendentemente, las fibras recicladas demostraron una resistencia mecánica, conductividad eléctrica, conductividad térmica y alineación equivalentes, lo que no tiene precedentes en el campo de la ingeniería de materiales».

La investigación reveló varios hallazgos significativos que sitúan a las fibras de CNT como un material prometedor en el camino hacia prácticas sostenibles. El más importante es que las fibras de CNT son totalmente reciclables. A diferencia de los materiales tradicionales, en particular los polímeros y las fibras de carbono, cuya calidad se degrada durante el reciclado, las fibras de CNT conservan el 100% de sus propiedades originales tras ser recicladas.

«Esta conservación de la calidad significa que las fibras de CNT pueden utilizarse y reutilizarse en aplicaciones exigentes sin comprometer su rendimiento, ampliando así su ciclo de vida y reduciendo la necesidad de nuevas materias primas», afirma el coautor Ivan R. Siqueira, recién doctorado en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de Rice y ahora profesor asociado de ingeniería mecánica en la Pontificia Universidad Católica de Río de Janeiro.

Igualmente significativa es la eficacia del proceso de reciclado. Los investigadores demostraron que el reciclaje de fibras de nanotubos de carbono es notablemente más eficiente que los métodos tradicionales de reciclado de metales y polímeros, que a menudo implican un elevado consumo de energía, productos químicos peligrosos o una clasificación que requiere mucha mano de obra. Las fibras de CNT, sin embargo, pueden reciclarse sin necesidad de clasificarlas, ya que pueden combinarse fibras de diversas fuentes para producir materiales reciclados de alta calidad. Una vez que estos materiales alcancen la escala necesaria, este sencillo proceso de reciclado reducirá significativamente los residuos, el consumo de energía y las emisiones de dióxido de carbono asociadas a la fabricación de materiales.

«La capacidad de reciclar completamente las fibras de CNT tiene amplias implicaciones para industrias como la aeroespacial, la automovilística y la electrónica», afirma Durán-Chaves. «Esperamos que esto pueda allanar el camino para materiales compuestos totalmente reciclables en aviones, vehículos, infraestructuras civiles y más, reduciendo en última instancia el impacto ambiental en una amplia gama de sectores».

Esta investigación forma parte del programa más amplio del Carbon Hub, una iniciativa liderada por Rice que desarrolla un futuro de emisiones cero, en el que los materiales avanzados de carbono y el hidrógeno limpio se coproducen de forma eficiente y sostenible a partir de hidrocarburos.