Forskere konstruerer verdens første aerogeler lavet af skrotdæk

Et hold af NUS-forskere har opnået et stort teknologisk gennembrud ved at omdanne affaldsgummidæk til superlette aerogeler, der har en bred vifte af anvendelser. Det er første gang, at aerogels fremstilles af affaldsgummidæk. De nye gummiaerogeler demonstrerer bemærkelsesværdige egenskaber - de er ekstremt lette, meget absorberende, meget holdbar, og de er også meget effektive til at fange varme og lyd.

Ved at genbruge affaldsgummi til produkter af højere kommerciel værdi, denne nye teknologi fremmer en bredere anvendelse af skrotdæk, og tilbyder en miljøvenlig måde at genbruge brugt gummi på. Denne nye teknologi blev offentliggjort i den trykte version af det videnskabelige tidsskrift Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects i september 2019, og der er indgivet patent.

For at øge holdets forskningsindsats og øge offentlighedens bevidsthed om genbrug, Mapletree Investments, en førende ejendomsudvikler med et stærkt fokus på miljømæssig bæredygtighed, har for nylig givet en gave på S$155, 000 til NUS.

Skrot dæk – Et betydeligt spildproblem

Hvert år, omkring 1 milliard skrotdæk genereres på verdensplan. Gummidæk er meget holdbare og ikke-biologisk nedbrydelige. Kun 40 procent genanvendes til produkter med lav værditilvækst, mens 49 procent forbrændes for at generere energi, og mindst 11 procent ender på lossepladser. Selvom lossepladser almindeligvis praktiseres, lossepladser er ved at løbe tør, og der er også risiko for, at det deraf følgende perkolat forårsager miljøforurening. Desuden, brændende gummi producerer giftige stoffer, der udgør sundheds- og sikkerhedsproblemer.

"Selvom 40 procent af affaldsgummidæk genbruges, genanvendelsesraten på verdensplan er fortsat lav, fordi forarbejdning af brugt gummi er dyrt og energikrævende, kombineret med mangel på monetære incitamenter. Vores team har besluttet at fokusere på at skabe gummiaerogeler fra brugte gummidæk, fordi de er en billig og rigelig kilde til råmaterialer. Ved at omdanne affaldsgummidæk til aerogeler af høj værdi, vi kunne øge det monetære incitament til at genbruge gummi og til gengæld skære ned gummiaffald, " forklarede lektor Duong Hai-Minh, der leder forskerholdet fra Institut for Maskinteknik ved NUS Engineering.

Hr Edmund Cheng, Mapletree formand, sagde, "Mapletree har altid lagt stor vægt på at integrere bæredygtigt design i vores udvikling. Dette projekt, som har til formål at forvandle gummiaffald til aerogelmaterialer via grøn teknologi, er tilpasset vores forpligtelse til at reducere negativ miljøpåvirkning. Vi er glade for, at en del af støtten også vil finansiere det renoverede laboratorieanlæg til anvendt forskning og uddannelse om potentialet ved genbrugsteknologi. Det er vores håb, at gennem uddannelse, en af ​​vores nøglesøjler for samfundsansvar, der vil være mere bevidsthed om miljøspørgsmål."

Enkel, omkostningseffektiv og miljøvenlig produktionsproces

For at skabe gummiaerogelerne, genanvendte bildækfibre blandes først til finere fibre. Disse fine gummifibre gennemblødes derefter i vand og meget små mængder kemiske tværbindere. Næste, blandingen af ​​gummifibre og miljøvenlige opløsningsmidler fordeles ensartet ved hjælp af en omrører i 20 minutter. Den ensartede suspensionsgel frysetørres derefter ved minus 50 grader Celsius i op til 12 timer for at fremstille gummiaerogeler.

Associate Prof Duong sagde, "Fabrikationsprocessen er enkel, omkostningseffektiv og miljøvenlig. Hele produktionsprocessen tager mellem 12 og 13 timer at fuldføre, og det kostede kun mindre end 10 S$ at producere et ark gummiaerogel, der er 1 kvm i størrelse og 1 cm tykt. Processen kan også nemt skaleres op til masseproduktion. Dette gør gummiaerogel til et kommercielt attraktivt produkt."

Meget alsidige gummiaerogeler

De nye gummiaerogeler skabt af NUS-teamet har bemærkelsesværdige egenskaber til mange anvendelser:

• Ekstremt let og stivere end kommercielt skum
• Meget porøs:Dette gør gummiaerogel til gode absorbenter til fjernelse af spildt olie. De er to gange mere absorberende end konventionelle absorbenter, såsom polypropylenmåtten.
• Fremragende lydabsorption:Gummiaerogeler er 27 procent mere effektive end den kommercielle skumabsorber med samme tykkelse.
• Fremragende varmeisolering:Gummiaerogeler har høj varmebestandighed. Et stykke gummiaerogel med en tykkelse på en tomme (2,54 cm) har en varmeoverførselsgrænse, der svarer til 25 standardglasruder.
• Meget holdbar:De fleste aerogeler er ekstremt skøre og sprøde (dvs. de har tendens til at fragmentere og pulverisere), men gummiaerogeler kan springe tilbage til sin oprindelige form efter kompression. Denne unikke egenskab gør dem velegnede som isoleringsmateriale til industrielle formål såsom i undersøiske systemer, olieraffinaderier og industribygninger, og også i hjemmet, køleskabe, samt personlige ting som jakker og skoindlæg.
• Når det er belagt med et kemikalie kaldet methoxytrimethylsilan, gummiaerogelerne bliver ekstremt vandafvisende, og de kan bruges til at forhindre fugt i at korrodere eller beskadige isoleringsudstyr.

"Potentielle markeder for aerogels er enorme. F.eks. køretøjsstøj og termisk komfort er afgørende for køretøjsdesign – de globale markeder for varme- og lydisoleringsløsninger til biler forventes at nå op på 3,2 milliarder USD i 2022. Derudover, det globale marked for olieudslip forventes at nå op på 182,7 milliarder USD i 2025, " tilføjede professor Nhan Phan-Thien, som er seniormedlem i forskerteamet.

Kommercialisering og nye applikationer

Associate Prof Duong, Prof Nhan og deres team ser frem til at realisere den positive miljøpåvirkning af aerogels ved at arbejde sammen med Mapletree og industripartnere om at kommercialisere og skalere denne nye teknologi. Med det generøse bidrag fra Mapletree, NUS-teamet vil være i stand til at udføre yderligere undersøgelser for at forbedre ydeevnen af ​​gummiaerogelerne, udforske andre applikationer samt bruge andre typer affaldsmaterialer til at konvertere til aerogeler.