Fraunhofer desenvolve método de reciclagem de fibra de carbono sem comprometer as propriedades mecânicas

A reciclagem de plásticos reforçados com fibra de carbono continua a representar um dos desafios tecnológicos mais relevantes para a indústria dos materiais compósitos. Apesar das excelentes propriedades mecânicas, da reduzida massa e da elevada resistência que caracterizam estes materiais, a sua recuperação no final da vida útil permanece complexa, sobretudo quando incorporam matrizes poliméricas termoendurecíveis.

Uma equipa de investigadores do Instituto Fraunhofer para a Dinâmica de Alta Velocidade, Ernst-Mach-Institut (EMI), na Alemanha, desenvolveu um processo que permite recuperar fibras de carbono contínuas a partir de componentes compósitos usados, sem comprometer significativamente as suas propriedades mecânicas. A tecnologia recorre a lasers de alta potência para provocar a degradação térmica localizada da matriz polimérica, libertando progressivamente o reforço fibroso.

A abordagem procura ultrapassar uma das principais limitações dos métodos convencionais de reciclagem de compósitos: a necessidade de triturar o material para facilitar a separação dos seus constituintes. Esta operação reduz o comprimento das fibras e limita as possibilidades de reutilização, conduzindo frequentemente a processos de downcycling, nos quais o material recuperado acaba destinado a aplicações de menor exigência técnica.

Com a nova solução, o Fraunhofer EMI pretende demonstrar que é possível preservar a continuidade das fibras e recuperar um material com características de desempenho comparáveis às das fibras virgens.

O processo desenvolvido pelos investigadores assenta na utilização de um laser de alta potência para promover a pirólise controlada da matriz termoendurecível que envolve as fibras de carbono. A energia térmica é aplicada numa zona delimitada, permitindo decompor o polímero sem expor desnecessariamente todo o componente a temperaturas elevadas.

A tecnologia foi particularmente concebida para estruturas compósitas enroladas, uma configuração frequentemente utilizada no fabrico de reservatórios de hidrogénio sob pressão. Nestes componentes, um revestimento interior em plástico é envolvido por filamentos contínuos de fibra de carbono, enrolados de forma controlada para garantir resistência a pressões internas que podem atingir os 700 bar.

Durante a reciclagem, a degradação térmica da matriz e o desenrolamento contínuo dos filamentos decorrem em simultâneo. Desta forma, as fibras são libertadas progressivamente, sem necessidade de submeter todo o reservatório a um tratamento térmico prolongado.

“O que distingue este processo é a realização simultânea da pirólise da matriz e do desenrolamento dos filamentos de fibra, a uma velocidade adequada e sem danificar as fibras de carbono”, explica Mathieu Imbert, responsável pelo projeto.

Um dos principais desafios técnicos consistiu em estabelecer uma janela de processamento que permitisse degradar a matriz polimérica sem afetar o reforço. Segundo o Fraunhofer EMI, a decomposição térmica da matriz ocorre entre os 300 e os 600°C, enquanto as fibras de carbono podem começar a sofrer danos quando a temperatura se aproxima dos 600°C.

A equipa conseguiu encontrar um equilíbrio entre a eficiência da degradação e a preservação da qualidade do material recuperado. Os ensaios realizados demonstraram que as fibras contínuas obtidas apresentam propriedades de desempenho equivalentes às das fibras novas.

Para além da qualidade do material recuperado, o consumo energético constitui um dos principais argumentos a favor desta tecnologia.

De acordo com os dados divulgados pelo instituto alemão, o processo assistido por laser necessita de aproximadamente um quinto da energia consumida no fabrico de fibras de carbono virgens. Esta redução resulta, em parte, da aplicação localizada de calor e da recuperação contínua dos filamentos, evitando os tempos de processamento prolongados habitualmente associados à pirólise de estruturas compósitas de paredes espessas.

A vantagem poderá ter particular relevância na reciclagem de reservatórios de hidrogénio, cuja arquitetura multicamada e elevada resistência estrutural tornam a separação dos materiais especialmente exigente.

A possibilidade de recuperar fibras contínuas com propriedades mecânicas próximas das originais poderá também melhorar a viabilidade económica da reciclagem. Ao contrário dos processos que produzem fibras curtas, com aplicações mais limitadas, esta tecnologia abre caminho à sua eventual reutilização em componentes estruturais e outras aplicações industriais que exigem reforços de elevado desempenho.

Para a indústria dos plásticos técnicos e dos materiais compósitos, esta evolução poderá contribuir para reduzir a dependência de matérias-primas virgens e aumentar o valor dos materiais recuperados. A questão é particularmente pertinente num mercado em que a fibra de carbono continua a apresentar custos de produção elevados e uma pegada energética significativa.

O desenvolvimento integra o projeto DigiTain, financiado pelo Ministério Federal alemão da Economia e Ação Climática (BMWK). Na altura da divulgação dos resultados, em março de 2025, os investigadores tinham como objetivos melhorar a eficiência energética do processo e aperfeiçoar a qualidade das fibras recuperadas, preparando a transferência da tecnologia para o setor industrial da reciclagem.

A equipa identificava a combinação entre a elevada qualidade do material recuperado e os custos relativamente reduzidos de processamento como um dos principais fatores para a futura adoção industrial.

A evolução desta tecnologia poderá ser relevante para vários setores utilizadores de compósitos reforçados com fibra de carbono, incluindo a indústria automóvel, aeroespacial, energia eólica e armazenamento de hidrogénio. São áreas em que a utilização destes materiais tem vindo a crescer, impulsionada pela necessidade de reduzir peso, aumentar a eficiência e melhorar o desempenho estrutural dos equipamentos.

A recuperação de fibras contínuas representa, neste sentido, um avanço importante face aos processos tradicionais de valorização. A possibilidade de conservar as características mecânicas do reforço permite aproximar a reciclagem de uma verdadeira lógica de circularidade dos materiais, em que o fim de vida de um componente pode constituir o ponto de partida para o fabrico de outro com exigências técnicas semelhantes.

O desafio seguinte será demonstrar a robustez, a produtividade e a viabilidade económica do processo em condições industriais, nomeadamente perante diferentes geometrias, dimensões e composições de materiais compósitos. Se estes requisitos forem cumpridos, a tecnologia desenvolvida pelo Fraunhofer EMI poderá ajudar a transformar a reciclagem de fibra de carbono numa operação com maior valor acrescentado, reduzindo simultaneamente o consumo de recursos e a quantidade de resíduos compósitos destinados a eliminação.