团队希望将废料用作电动汽车的零部件。

根据管理咨询公司麦肯锡公司的数据，美国每年使用大约3700万吨塑料。几乎一半是来自包装和食品服务行业的一次性塑料，大部分最终被填埋。这种一次性使用的塑料很难回收利用，当它在垃圾填埋场分解时，会向周围的土壤释放有毒的化学物质。这污染了地下水，破坏了生态系统。

为了解决这个问题，亚利桑那州立大学（ASU）的一组研究人员正在利用新技术研究将塑料废料升级为高价值碳纤维材料的可行性，以推进电动汽车（EV）产业。随着电动汽车的普及，业界预计碳纤维材料的需求将很快出现激增。

“通过这个项目，将帮助我们在两个重要领域取得可持续性进展。”项目负责人、制造工程助理教授Kenan Song说：“我们正在解决并利用塑料废物的负面影响，通过电动汽车行业影响脱碳工作。”

Song在Ira A.富尔顿工程学院的分院之一，制造系统与网络学院（School of manufacturing Systems and Networks），专门从事先进制造研究。他领导ASU理工学院先进材料先进制造实验室，探索先进复合材料的高端生产、设计、制造、表征和模拟，重点是提高实际应用中的性能。

△ 在ASU Zimin智能与可持续城市研究所赞助的项目下，亚利桑那州立大学制造工程助理教授Kenan Song和一组研究人员正在研究如何更新塑料在电动汽车中的使用。埃里卡·格罗内克（Erika Gronek）供图

Song的项目“未来车辆聚乙烯回收纺织工程”得到了ASU Zimin智能和可持续城市研究所的支持，该研究所致力于创造新型先进技术，以使城市更安全、更安全、更健康、可持续，更有弹性。

Zimin研究所所长、Ira A.富尔顿工程学院化学工程教授格雷格·劳普（Greg Raupp）说：“这项拟议的工作针对的是对于地方、地区和国家来讲，一个日益严重的世界性问题——城市居民产生的塑料垃圾的回收。”

从垃圾填埋场到碳纤维材料

Song解释说，通过采用一种新的同轴纺丝方法进行精确控制的热处理，特定的塑料可以转变成耐用的碳纤维。Song和他的团队还使用光纤维(LightFiber)，一种由ASU全球安全计划开发的目前尚未部署在商业制造环境中的绿色技术，以帮助扩展此过程。

“特定的塑料将通过结晶结构的演变，形成碳纤维材料，”他说，“这些碳独特的微结构可以导电、散热且结构坚固。”

这些特性，再加上碳纤维更高效的可制造性，使得轻质耐用的材料能够提供有效的结构支撑，甚至吸收二氧化碳，从而降低油耗并改善车辆性能。

Song说：“电动汽车电池中的碳纤维增强电极、车架用复合材料或汽车轮胎中的填充物都能提高每个部件和整个车辆的性能。”

为了实现Zimin研究所在未来城市消除塑料废物的总体目标，必须通过先进的制造方法将塑料废物转化为碳纤维。

除了利用回收塑料生产耐用的碳纤维，光纤维还提供了一个易于扩展的制造平台，使研究团队能够在数小时内生产数千米的碳纤维。这将有助于将这一概念转变为具有成本效益和商业上可行的解决办法。

“这项研究对未来的废物管理和塑料回收非常有用，对下一代至关重要。”系统工程博士生、该项目的首席研究员瓦伦库马尔·蒂帕纳（Varunkumar Thippanna）说。

他致力于研究和分析不同类型的塑料废料，通过共轴纺丝实验，展示了应用热处理工艺，用再生塑料增强后，复合纤维性能的改善。

劳普说，他相信该项目符合Zimin研究所实现可持续发展使命所需的新技术解决方案。

他说：“伴随着各个公司在亚利桑那州的快速投资，在电动汽车和EV电池的创新和制造领域，我期待项目产生协同效应。”