Ett team av NUS-forskare har uppnått ett stort tekniskt genombrott genom att omvandla avfallsgummidäck till superlätta aerogeler som har ett brett användningsområde. Detta är första gången som aerogeler tillverkas av avfallsgummidäck. De nya gummiaerogelerna visar anmärkningsvärda egenskaper – de är extremt lätta, mycket absorberande, mycket hållbar, och de är också mycket effektiva på att fånga värme och ljud.

Genom att återanvända gummiavfall till produkter av högre kommersiellt värde, denna nya teknik främjar en bredare användning av skrotade däck, och erbjuder ett miljövänligt sätt att återvinna använt gummi. Denna nya teknik publicerades i den tryckta versionen av den vetenskapliga tidskriften Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects i september 2019, och ett patent har lämnats in.

För att öka teamets forskningsinsatser och öka allmänhetens medvetenhet om återvinning, Mapletree Investments, en ledande fastighetsutvecklare med stort fokus på miljömässig hållbarhet, har nyligen gjort en gåva på 155 S$, 000 till NUS.

Skrota däck – Ett betydande avfallsproblem

Varje år, cirka 1 miljard skrotdäck genereras över hela världen. Gummitäck är mycket hållbara och icke biologiskt nedbrytbara. Endast 40 procent återvinns till produkter med lågt förädlingsvärde, medan 49 procent förbränns för att generera energi, och minst 11 procent hamnar på soptippar. Även om deponier är vanligt förekommande, deponierna håller på att ta slut och det finns också en risk för att lakvattnet orsakar miljöföroreningar. Vidare, brinnande gummi producerar giftiga ämnen som utgör hälso- och säkerhetsproblem.

"Även om 40 procent av avfallsgummitäcken återvinns, återvinningsgraden över hela världen är fortfarande låg eftersom bearbetning av använt gummi är kostsamt och energikrävande, i kombination med bristande monetära incitament. Vårt team har beslutat att fokusera på att skapa gummiaerogeler från använda gummidäck eftersom de är en billig och riklig källa till råmaterial. Genom att omvandla avfallsgummitäck till högvärdiga aerogeler, vi skulle kunna öka det monetära incitamentet för återvinning av gummi och i sin tur, skära ner gummiavfall, " förklarade docent Duong Hai-Minh, som leder forskargruppen från Institutionen för maskinteknik vid NUS Engineering.

Mr Edmund Cheng, Mapletree ordförande, sa, "Mapletree har alltid lagt stor vikt vid att integrera hållbar design i vår utveckling. Detta projekt som syftar till att förvandla gummiavfall till aerogelmaterial via grön teknologi är anpassat till vårt åtagande att minska negativ miljöpåverkan. Vi är glada över att en del av stödet också kommer att finansiera den renoverade labbanläggningen för tillämpad forskning och utbildning om potentialen hos återvinningsteknik. Det är vår förhoppning att genom utbildning, en av våra viktigaste pelare för företagens sociala ansvar, det kommer att bli mer medvetenhet om miljöfrågor."

Enkel, kostnadseffektiv och miljövänlig produktionsprocess

För att skapa gummiaerogelerna, återvunna bildäcksfibrer blandas först till finare fibrer. Dessa fina gummifibrer blötläggs sedan i vatten och mycket små mängder kemiska tvärbindare. Nästa, blandningen av gummifibrer och miljövänliga lösningsmedel dispergeras jämnt med en omrörare i 20 minuter. Den enhetliga suspensionsgelen frystorkas sedan vid minus 50 grader Celsius i upp till 12 timmar för att producera gummiaerogeler.

Assoc Prof Duong sa, "Tillverkningsprocessen är enkel, kostnadseffektiv och miljövänlig. Hela produktionsprocessen tar mellan 12 till 13 timmar att slutföra och det kostade bara mindre än 10 S$ att producera ett ark gummiaerogel som är 1 kvm stort och 1 cm tjockt. Processen kan också enkelt skalas upp för massproduktion. Detta gör gummiaerogeler till en kommersiellt attraktiv produkt."

Mycket mångsidiga gummiaerogeler

De nya gummiaerogelerna som skapats av NUS-teamet har anmärkningsvärda egenskaper för många applikationer:

• Extremt lätt och styvare än kommersiellt skum
• Mycket porös:Detta gör gummiaerogel till bra absorptionsmedel för att ta bort spilld olja. De är två gånger mer absorberande än konventionella absorbenter som polypropenmattan.
• Utmärkt ljudabsorption:Gummiaerogeler är 27 procent effektivare än den kommersiella skumabsorbenten med samma tjocklek.
• Utmärkt värmeisolering:Gummiaerogeler har hög värmebeständighet. En bit gummiaerogel med en tjocklek på en tum (2,54 cm) har en värmeöverföringsgräns som motsvarar 25 standardglasfönster.
• Mycket hållbara:De flesta aerogeler är extremt sköra och spröda (dvs de tenderar att splittras och pulveriseras), men gummiaerogeler kan återgå till sin ursprungliga form efter kompression. Denna unika egenskap gör dem lämpliga som isoleringsmaterial för industriella ändamål såsom i undervattenssystem, oljeraffinaderier och industribyggnader, och även i hemmen, kylskåp, samt personliga saker som jackor och skoinlägg.
• När den är belagd med en kemikalie som kallas metoxitrimetylsilan, gummiaerogelerna blir extremt vattenavvisande och de kan användas för att förhindra att fukt korroderar eller skadar isoleringsutrustning.

"Potentiella marknader för aerogeler är enorma. Till exempel, fordonsljud och termisk komfort är avgörande för fordonskonstruktioner – de globala marknaderna för värme- och ljudisoleringslösningar för fordon förväntas uppgå till 3,2 miljarder USD år 2022. Dessutom, den globala oljeutsläppsmarknaden förväntas uppgå till 182,7 miljarder USD år 2025, " tillade professor Nhan Phan-Thien, som är senior medlem i forskargruppen.

Kommersialisering och nya applikationer

Docent Prof Duong, Prof Nhan och deras team ser fram emot att inse den positiva miljöpåverkan av aerogeler genom att arbeta med Mapletree och industripartners för att kommersialisera och skala upp denna nya teknologi. Med det generösa bidraget från Mapletree, NUS-teamet kommer att kunna genomföra ytterligare studier för att förbättra prestandan hos gummiaerogelerna, utforska andra applikationer samt använda andra typer av avfallsmaterial för att omvandla till aerogeler.