Workshop 08/10/2019| Recycling of carbon fibres by steam water thermolysis - Leitat ...
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Serge Da Silva – R&D Director
Workshop 08/10/2019| Recycling of carbon fibres by steam water thermolysis s.dasilva@alpharecyclage.com
This project has received funding from the Clean Sky 2 Joint Undertaking under the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No
831858. This publication reflects only the author’s views and the European Union is not liable for any use that may be made of the information contained therein.”
1. Company presentation
2
A SME in an industrial environment
Luikov Institute
Tech Engineering
Transfer
R&D
Shareholders
JLS group
Funds
Construction
plant Markets
Modum Techno
3
A joint lab with R&D centres
4
Retrait du
composite
A 2 tons per day reactor available….
Fibre Composite
Mise en
Refroidissement
extraction feeding
température du
du réacteur
Temperature
réacteur
Temperature
(45mn)
decrease (45 mn)
increase
Steam
Seam Water
Water
thermolysis (~2h)
injection
Vapothermolyse
Steam Injection de
Seam Water
(2h)
water vapeur (15
thermolysis (~2h)
mn)
injection
Temperature
Mise en Temperature Implantation site of Steam Water Thermolysis unit for
increase decrease
température du Composite in Castelsarrasin (France)
composite (15 Introduction
Composite Fibre
mn)extraction du
feeding
composite
5
… now and in operation at the end of 2019
Confidential pictures
6
2. Technology presentation
7
The steam water thermolysis principle
Steam Water
Carbone fibers
Composites Steam water thermolysis
Gas Liquid
Treatment and
burning and/or
valorisation
8
Steam water thermolysis advantages
PA6 reinforced by carbon fibres*
Activation energy of PA6* degradation (kJ/mole)
Same parameters
Steam water Pyrolysis
thermolysis
Kissinger 175 ± 5,0 232 ±11,0
IKP 178 ± 1,5 186 ± 4,0
* A.O. Nunes – PhD thesis – November 2015
Steam water thermolysis Pyrolysis
Steam water thrmolysis vs. pyrolysis
• Safer process
• Higher thermal transfer
• Catalysis by water
9
3. Some technical cases
10Waste qualification - Methodology
Optimal
ATG – DSC
TGA-DSC • Fibre surface state =MEB
(thermogravimétrie,
parameters in Lab-
Pilote Instrumenté de • Etat de surface des fibres = microscopie
• Resin degradation ration = Chemical attack & mass balance
Recherche – PriTherm • Taux de résine en surface = attaque chimique
calorimétrie) scale conditions • Gas and liquid characterisation = GC & GC-MS
• Nature des gaz = chromatographie
Traitement par
Caractérisation
Thermal Steam Water Caractérisation
Product
vapo-
thermique
characterisation Thermolysis des produits
characterisation
thermolyse Industrialisation
Lab scale characterisation
11Example of wastes
12Up to 92,3 % (w/w) of resin elimination
Example of material
• From an aeronautic
• M21 prepreg
• 2 mm thick
Fibres
Steam Water Thermolysis : Gases
In progress
400 – 600 °C
Liquids
In progress
13
13Example of material
• From an aeronautic company
• M21 prepreg
• 2 mm thick
Nitrogen Oxygen Nitrogen atmosphere
TG /% atmosphere atmosphere Temp. /°C
DTG /(%/min) TG /% DTG /(%/min)
Valeur: 272.7 °C [1] Valeur: 457.0 °C
100 [1] 1000 100 0.2
0.0
Var. masse: -22.71 %
98 0.0
-0.5
80 800
Var. masse: -10.32 % 96
Valeur: 543.5 °C -1.0 -0.2
Valeur: 403.3 °C
60 -1.5 600 94 -0.4
Valeur: 579.4 °C
-2.0 92 -0.6
40 Var. masse: -65.34 % 400
-2.5 90 -0.8
20 -3.0 88 -1.0
200
-3.5 -1.2
[1]
86 [1]
[1]
0 Masse résiduelle: 0.44 % (208.0 min/999.7 °C)
0
-4.0 -1.4
0 50 100 150 200 100 200 300 400 500 600
Temps /min Température /°C
Principal 2019-09-25 12:26 Utilisateur: emac Principal 2019-09-25 12:28 Utilisateur: emac
Instrument : NETZSCH STA 409 PC/PG Fichier : C:\NETZSCH\Resultats\Antonio MONTERO\AIRBUS\echantillon2_airbus_norme2.ngb-dsv Instrument : NETZSCH STA 409 PC/PG Fichier : C:\NETZSCH\Resultats\Antonio MONTERO\AIRBUS\fibre_700_5_air.ngb-dsv
Projet : marvapol Échantillon : fibre _700°C_5_air, 62.091 mg Porte-éch./TC : TG HIGH RG 2 / S Corr. TG/Gamme m. : 820/30000 mg
TGA of prepreg before the Steam Water Thermolysis TGA of fibres after the Steam Water Thermolysis
Projet : marvapol Matériau : Divers Segments : 1-4/4
Identité : AM Fich. correction : norme_20193008.ngb-bsv Creuset : DTA/TG crucible Al2O3 Identité : AM Matériau : Divers Mode/Type de mes. : TG / Éch.+Correction Corr. DSC/Gamme m. : 820/
Date / temps d'heure : 31/08/2019 11:59:05 Cal. temp./Fich. sens : TCALZERO.TCX / Atmosphère : ARGON/15 / AIR(80/20)/100 / NITROGEN/100 Date / temps d'heure : 06/09/2019 16:46:56 Fich. correction : blanc_700°C_5_air.ngb-bsv Segments : 1/1
Laboratoire : alpha Gamme : 20....1000/-10.0....10.0K/min Corr. TG/Gamme m. : 620/30000 mg Laboratoire : alpha Cal. temp./Fich. sens : TCALZERO.TCX / Creuset : DTA/TG crucible Al2O3
Opérateur : AM Porte-éch./TC : TG HIGH RG 2 / S Corr. DSC/Gamme m. : 620/ Opérateur : AM Gamme : 20/5.0(K/min)/700 Atmosphère : ARGON/15 / AIR(80/20)/100 / NITROGEN/100
Créé avec le logiciel Proteus de NETZSCH
Échantillon : fibre_airbus_norme2, 71.206 mg Mode/Type de mes. : TG / Éch.+Correction
Créé avec le logiciel Proteus de NETZSCH
14Example of material
96,8 % (w/w) of resin elimination
• Rossignol (Look)
• Epoxy resin
• 3 mm Thick
Fibres
MEB pictures x 2000 et x 500
Steam Water Thermolysis : Gases
CO 2, CO, H2, C1-C4
400 – 600 °C
Liquids
Phenolic molecules (85%vol) 1599,7 % (w/w) of resin elimination
Example of material
• Omega Systèmes
• Epoxy resin
• 8 mm thick
Fibres
Steam Water Thermolysis : Gases
CO 2, CO, H2, C1-C4
400 – 600 °C
Aminotoluene
Aniline
Liquids
16
164. Some applications
1718
Mechanical properties of non-woven and stitched non-
woven rCF composites compared to glass fibre 4 axes
Epoxy resin
19Results
To be continued ….
20Thanks for your attention Merci pour votre attention Gracias por su atención
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