团队希望将废料用(yòng)作(zuò)電(diàn)动汽車(chē)的零部件。

根据管理(lǐ)咨询公(gōng)司麦肯锡公(gōng)司的数据，美國(guó)每年使用(yòng)大约3700万吨塑料。几乎一半是来自包装(zhuāng)和食品服務(wù)行业的一次性塑料，大部分(fēn)最终被填埋。这种一次性使用(yòng)的塑料很(hěn)难回收利用(yòng)，当它在垃圾填埋场分(fēn)解时，会向周围的土壤释放有(yǒu)毒的化學(xué)物(wù)质(zhì)。这污染了地下水，破坏了生态系统。

為(wèi)了解决这个问题，亚利桑那州立大學(xué)（ASU）的一组研究人员正在利用(yòng)新(xīn)技(jì )术研究将塑料废料升级為(wèi)高价值碳纤维材料的可(kě)行性，以推进電(diàn)动汽車(chē)（EV）产(chǎn)业。随着電(diàn)动汽車(chē)的普及，业界预计碳纤维材料的需求将很(hěn)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(kě)持续性进展。”项目负责人、制造工(gōng)程助理(lǐ)教授Kenan Song说：“我们正在解决并利用(yòng)塑料废物(wù)的负面影响，通过電(diàn)动汽車(chē)行业影响脱碳工(gōng)作(zuò)。”

Song在Ira A.富尔顿工(gōng)程學(xué)院的分(fēn)院之一，制造系统与网络學(xué)院（School of manufacturing Systems and Networks），专门从事先进制造研究。他(tā)领导ASU理(lǐ)工(gōng)學(xué)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(chǎn)、设计、制造、表征和模拟，重点是提高实际应用(yòng)中(zhōng)的性能(néng)。

△ 在ASU Zimin智能(néng)与可(kě)持续城市研究所赞助的项目下，亚利桑那州立大學(xué)制造工(gōng)程助理(lǐ)教授Kenan Song和一组研究人员正在研究如何更新(xīn)塑料在電(diàn)动汽車(chē)中(zhōng)的使用(yòng)。埃里卡·格罗内克（Erika Gronek）供图

Song的项目“未来車(chē)辆聚乙烯回收纺织工(gōng)程”得到了ASU Zimin智能(néng)和可(kě)持续城市研究所的支持，该研究所致力于创造新(xīn)型先进技(jì )术，以使城市更安(ān)全、更安(ān)全、更健康、可(kě)持续，更有(yǒu)弹性。

Zimin研究所所長(cháng)、Ira A.富尔顿工(gōng)程學(xué)院化學(xué)工(gōng)程教授格雷格·劳普（Greg Raupp）说：“这项拟议的工(gōng)作(zuò)针对的是对于地方、地區(qū)和國(guó)家来讲，一个日益严重的世界性问题——城市居民(mín)产(chǎn)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(yòng)一种新(xīn)的同轴纺丝方法进行精(jīng)确控制的热处理(lǐ)，特定的塑料可(kě)以转变成耐用(yòng)的碳纤维。Song和他(tā)的团队还使用(yòng)光纤维(LightFiber)，一种由ASU全球安(ān)全计划开发的目前尚未部署在商(shāng)业制造环境中(zhōng)的绿色技(jì )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(tā)说，“这些碳独特的微结构可(kě)以导電(diàn)、散热且结构坚固。”

这些特性，再加上碳纤维更高效的可(kě)制造性，使得轻质(zhì)耐用(yòng)的材料能(néng)够提供有(yǒu)效的结构支撑，甚至吸收二氧化碳，从而降低油耗并改善車(chē)辆性能(néng)。

Song说：“電(diàn)动汽車(chē)電(diàn)池中(zhōng)的碳纤维增强電(diàn)极、車(chē)架用(yòng)复合材料或汽車(chē)轮胎中(zhōng)的填充物(wù)都能(néng)提高每个部件和整个車(chē)辆的性能(néng)。”

為(wèi)了实现Zimin研究所在未来城市消除塑料废物(wù)的总體(tǐ)目标，必须通过先进的制造方法将塑料废物(wù)转化為(wèi)碳纤维。

除了利用(yòng)回收塑料生产(chǎn)耐用(yòng)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(néng)够在数小(xiǎo)时内生产(chǎn)数千米的碳纤维。这将有(yǒu)助于将这一概念转变為(wèi)具(jù)有(yǒu)成本效益和商(shāng)业上可(kě)行的解决办(bàn)法。

“这项研究对未来的废物(wù)管理(lǐ)和塑料回收非常有(yǒu)用(yòng)，对下一代至关重要。”系统工(gōng)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(tā)致力于研究和分(fēn)析不同类型的塑料废料，通过共轴纺丝实验，展示了应用(yòng)热处理(lǐ)工(gōng)艺，用(yòng)再生塑料增强后，复合纤维性能(néng)的改善。

劳普说，他(tā)相信该项目符合Zimin研究所实现可(kě)持续发展使命所需的新(xīn)技(jì )术解决方案。

他(tā)说：“伴随着各个公(gōng)司在亚利桑那州的快速投资，在電(diàn)动汽車(chē)和EV電(diàn)池的创新(xīn)和制造领域，我期待项目产(chǎn)生协同效应。”