碳纖維強度是鋼的10倍，重量幾乎是鋁的一半，硬度遠高于玻璃纖維，具有眾多優勢，使其成為豪華轎車和一級方程式賽車的首選材料。 

由于生物基材料設計的最新進展，以工業規模回收碳纖維可能已經近在咫尺。

美國國家可再生能源實驗室（NREL）的科學家尼古拉斯-羅勒（Nicholas Rorrer）和其他NREL研究人員表明，用生物基環氧樹脂和酸酐硬化劑制造碳纖維復合材料，通過引入更容易降解的基團，使材料可以完全回收。事實上，回收過程--甲醇分解--可以在室溫下有選擇性被觸發，而不會降低纖維的質量或方向。這可能代表著向循環材料邁出了有力的一步，這可以使碳纖維在多次使用時更便宜和更環保。

近距離觀察碳纖維

碳纖維既堅固又輕便，它的優勢來自于分層設計。它是一種由純碳長絲和被稱為 "熱固性 "的膠狀環氧樹脂涂層組成的復合材料。當固化時，液體樹脂中的分子相互結合，并圍繞著編織的碳絲，硬化成一個強大而堅硬的晶格體。

當用模具生產時，這種材料可以采取一系列的形狀，用于各種應用，從汽車保險杠到風力渦輪機葉片等等。

然而，固化的環氧樹脂的熱固性使得這些卓越的產品很難被分解，特別是在不嚴重破壞碳絲的情況下。由碳纖維制成的產品--盡管它們的價格很高--往往在其壽命結束時被送往垃圾場，連同它們可能已經贏得的任何效率優勢。

事實上，盡管碳纖維可以將一輛典型的乘用車的重量減少一半，并將其燃料效率提高35%，但任何效率方面的好處實際上都被用于制造碳纖維的溫室氣體密集型能源所抵消。合成碳纖維需要超過1,000°C的溫度。

這一現實讓Rorrer開始思考。"是否有一種方法可以在多個材料壽命期間重復使用碳纖維，以回收該纖維并獲得更多的價值和環境效益？"

通過設計使環氧樹脂可回收

Rorrer和隊友開始試驗生物質化學成分，以了解它是否能使一種新的環氧樹脂設計成可回收。與石油中的碳氫化合物相比，生物質含有更多的氧氣和氮氣，提供了一系列不同的化學可能性。

"我們基本上重新設計了環氧胺樹脂--今天碳纖維中的熱固性樹脂--用從生物質中合成的環氧和酸酐，主要是從糖類的生物和化學轉化中得到，"Rorrer解釋說。"我們已經證明，這種重新配制的樹脂可以保持和/或超過今天的環氧胺樹脂中的所有相同特性，但也可以通過設計使它們在室溫下可回收"。

使用一種特殊的催化劑，NREL團隊能夠在室溫下分解生物基樹脂，這一過程被稱為 "解聚"。這使他們能夠回收碳絲，同時保持其質量和排列。

"Rorrer說："我們實際上可以在至少三個材料壽命內保持纖維質量。"因此，我們不僅能夠回收它；我們還能夠在不損害特性的情況下回收它。我們根本就沒有降低材料的回收率"。

能夠提取和回收碳纖維可以使大眾市場的電動汽車的材料更加經濟，為電池釋放出重量和空間。它還可以將材料的溫室氣體足跡降低20%-40%。更好的是，它可以在不增加制造成本的情況下實現這一切，Rorrer估計NREL的環氧樹脂可以以與今天的石油基環氧胺樹脂大致相同的價格生產。

Rorrer繼續補充："通過使用生物基原料而不是石化原料，我們不需要使用額外的能源來大幅調整其化學成分。"這使我們能夠更精確、更便宜、更有效地設計具有性能和環境優勢的先進材料。

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