Как решить проблему переработки композитных материалов

Обсуждение будущего отрасли на форуме «Композиты без границ» проходило в контексте устойчивого развития. Изделия из композитов незаменимы для развития альтернативной энергетики. Их применение в самых разных отраслях, от авиастроения до строительства, позволяет снизить углеродный след. Но есть и проблемы. Одной из тем, вызвавших живой отклик участников, стал рециклинг, которого в этой сфере пока почти не существует из-за особенностей материалов.

Ответ на климатическую повестку

«Еще в 2015–2016 годы объем потребления в России импортных углеродных материалов составлял более 80 %. На сегодняшний день более 90 % углеволокна, тканей и препрегов на его основе производится у нас в стране. За последние пять лет мы построили полную технологическую цепочку», — ​заявил, открывая форум, гендиректор «Юматекса» Александр Тюнин. Недостающее звено, производство ПАН-прекурсоров, появилось с запуском завода компании в «Алабуге».

Расширение использования композитов — ​часть мирового тренда. Их применяют в энергетике, транспорте (авиа-, ракето- и автомобилестроении), строительстве, изготовлении баллонов для перевозки жидкостей и газов. Причем, по словам гендиректора «Росатома» Алексея ­Лихачева, композиты — ​это еще и ответ на климатическую повестку: «Качество и параметры нашего композитного проекта абсолютно соответствуют повестке устойчивого развития. Уменьшая за счет композитов вес самолетов и автомобилей на 20 %, мы увеличиваем пробег или пролет того или иного транспортного средства, на 20 % сокращаем выбросы при его эксплуатации». В строительстве, добавил Алексей Лихачев, применение композитов позволяет снизить углеродный след за счет сокращения потребления стали и бетона.

Когда композиты позеленеют

Ключевой вызов для композитной индустрии в мире, по словам Александра Тюнина, — ​рециклинг: «Я убежден, что в ближайшие годы утилизация и вторичная переработка отслуживших свой срок изделий станут обязательным элементом предложения заказчикам. Мы будем продавать не лопасти ветроустановок, самолеты, баллоны, а фактически годы использования этих продуктов с обязательством либо переработать изделие для вторичного использования материалов, либо правильным образом утилизировать».

Однако все не так просто. «Сегодня углеродное волокно плохо перерабатывается. Мы, используя его, довольно серьезно загрязняем окружающую среду, — ​признал Сергей Федченко, гендиректор «Вестас Мэньюфэкчуринг Рус», «дочки» одного из крупнейших в мире производителей ветроустановок — ​датской Vestas.

Проректор по науке РХТУ им. Менделеева Анна Щербина, комментируя его реплику, сообщила, что некондиционные, бракованные и экспериментальные материалы хранятся на полигонах закопанными или под открытым небом, классы опасности им не присвоены, в систему обращения с отходами они не попадают. «С одной стороны, мы, разработчики, стараемся придумать новые материалы, но для всего, что накоплено, удается ли нам ­какие-то технологии предложить? — ​обратилась она к участникам панельной дискуссии. — ​Берут ли на себя компании, которые занимаются композитами, такую ответственность? Есть ли у них хотя бы маленькое подразделение, которое занимается переработкой?»

Заместитель гендиректора, технический директор «Юматекса» Юрий Свистунов поспешил сообщить, что в этом году компания запустила проект в узком сегменте — ​рециклинге углепластиков на основе термореактивных смол. «Мы создали лабораторию, которая занимается зеленой химией и зелеными композитами, — ​рассказал директор центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Баумана Владимир Нелюб. — ​Важно заниматься самовосстанавливающимися композиционными материалами — ​есть такие наработки. Или переходить на композиты, которые можно перерабатывать». Лаборатория центра ведет не только разработки, там же размещены линии производства препрегов.

Цель — безотходные ветроустановки

Речь зашла о достоинствах разных типов композитов — ​углепластиков, которыми занимается «Юматекс», стеклопластиков, из которых делают лопасти, и термопластов, которые, по оценкам участников отрасли, лучше перерабатываются, но пока недостаточно распространены.

Заместитель гендиректора «Юматекса» по развитию направления «Ткани и препреги» Дмитрий Коган обратился к Сергею Федченко: «Когда говорят, что ветроэнергетика не совсем зеленая, имеют в виду утилизацию лопастей. Пока их можно только хоронить в земле, потому что нет технологии рециклинга, утилизации. Правильно ли я понимаю, что утилизировать лопасти из стеклопластика экономически невыгодно? И здесь, может, нужна история с большим комбинированием с углепластиками или термопластами? Те технологии, которые сейчас Boeing запустила, показывают, что достаточно эффективно рециклировать именно углеродное волокно». Сергей Федченко заверил, что Vestas уже работает над новыми материалами для лопастей, но пока информация по ним закрыта. Зато, сообщил он, датская компания обязалась до 2040 года начать производство безотходных ветряных установок. Промежуточные цели — ​перерабатывать 50 % ступиц и лопастей с 2025 года и 55 % — ​с 2030‑го. По статистике 2019 года, Vestas перерабатывала 44 % лопастей. Срок службы ветроустановок первой волны строительства — ​около 20 лет, и в Европе все актуальнее вопрос утилизации гигантских, весом около 10 т и длиной более 60 м, лопастей.

Одна из главных проблем переработки — ​невозможность разделить стекловолокно, смолы, дерево, ПВХ-материалы. Единственный пока путь — ​измельчение лопасти и добавление в цементные смеси. В Vestas работают над связующим, которое позволит химическим, термическим или иным физико-­химическим способом разъединять компоненты.

Европа впереди

Председатель совета директоров «Унихимтека» Виктор ­Авдеев, послушав дискуссию, заявил, что не может молчать: главная проблема — ​отсутствие в России не утилизации, а индустрии. В мире, по его словам, ежегодно производится около 1,7 млрд т стали и другой продукции черной металлургии, 360 млн т полимеров, 52 млн т алюминия, 3,5–4 млн т стекловолокна, 0,5 млн т титана и лишь 120–150 тыс. т углеродного волокна. В России — ​чуть больше 1 тыс. т. «Неправильно сегодня акцентировать внимание на рециклинге, утилизации углеродного волокна. Чтобы быть заметными на рынке, надо выпускать хотя бы 10–15 тыс. т углеволокна в год. Вот что вытащит все остальное», — убежден Виктор ­Авдеев.

То, что рециклинг лопастей от ветроустановок — ​проблема для России пока не острая, подтвердил и Сергей Федченко: «Реальный вопрос с утилизацией ветряков возникнет через 30–50 лет». В Европе ситуация другая. Пять европейских стран уже запретили закапывать лопасти, все они должны быть утилизированы. Такую же конвенцию до конца года должны подписать и в Евросоюзе.