Las fibras de carbono tienen una gran demanda debido a sus propiedades excepcionales. Utilizando residuos de petróleo, los investigadores de Kaust han desarrollado un método de bajo costo para producir fibras de carbono de alta calidad. Crédito: Universidad de Ciencia y Tecnología del Rey Abdullah
Los materiales avanzados de fibra de carbono podrían usarse en aplicaciones desde cuchillas de turbina eólica hasta implantes biomédicos después del desarrollo de una materia prima de fibra de carbono de bajo costo.
Las fibras de carbono se hundieron de las mezclas sinérgicas de los aceites pesados de bajo valor que quedaron de la refinación de petróleo crudo por parte de los miembros de la plataforma de investigación de energía limpia de Kaust. El trabajo no solo podría facilitar la absorción de fibra de carbono más amplia, sino también crear nuevos usos sostenibles para los aceites residuales a medida que el mundo pasa a sistemas de energía alternativos.
“El petróleo crudo es un recurso con un potencial inmenso más allá de los combustibles”, dice Edwin Guevara Romero, un investigador en los laboratorios de Mani Sarathy, que dirigió el trabajo. “El uso de residuos de petróleo como materias primas para materiales de carbono es una aplicación innovadora y de alto valor de los recursos derivados del petróleo, allanando el camino para la diversificación económica”, dice.
La fibra de carbono aumenta la demanda en muchas industrias debido a sus propiedades excepcionales, incluida la alta resistencia mecánica y la durabilidad, el bajo peso, la estabilidad térmica y la conductividad eléctrica. Un factor limitante es su alto costo, que se puede atribuir en gran medida al costoso precursor de carbono, poliacrilonitrilo (PAN), que se usa para hacerlo.
El alto costo de PAN ha provocado una búsqueda de materias primas alternativas. “Los residuos de petróleo podrían ofrecer una alternativa rentable y abundante”, dice Guevara. Para su investigación, el equipo se dirigió a los componentes más pesados, más complejos, y tradicionalmente, más difíciles de procesar, los componentes del aceite residual, llamados asfaltenos y resinas.
Anteriormente, los asfaltenos han sido probados como materias primas de fibra de carbono. Sin embargo, los esfuerzos para girar estos materiales en fibras estaban limitados por su tendencia a romperse, y el rendimiento de la fibra de carbono del paso final de tratamiento térmico de carbonización fue relativamente bajo.
Resumen gráfico. Crédito: combustible (2024). Doi: 10.1016/j.fuel.2024.134154
“Estudios previos de residuos de petróleo han sugerido que las resinas estabilizan las moléculas de asfalteno, destacando su fuerte afinidad molecular”, dice Guevara. “Esto nos llevó a plantear la hipótesis de que mezclar asfaltenos con resinas podría crear una materia prima sinérgica para la producción de fibra de carbono”.
Publicado en Fuel, el equipo mostró que la mezcla ofrecía varias ventajas sobre los asfaltenos solo como materias primas de fibra de carbono. Tenía mejores características de flujo y podría ser hilado a una temperatura más baja, reduciendo el consumo de energía. El equipo también observó menos roturas de cadenas durante el hilado y alcanzó un mayor rendimiento después del paso de carbonización.
“Esto mejora la viabilidad del proceso al maximizar la conversión del material precursor en el producto final de fibra de carbono”, dice Guevara.
Las fibras de carbono resultantes también eran de alta calidad. “Las propiedades de nuestras fibras son comparables a las de ‘fibras de carbono isotrópicas”, que se usan comúnmente en aplicaciones que requieren un rendimiento mecánico moderado a alto “, dice Guevara.
“Tradicionalmente, los residuos de petróleo se han utilizado en aplicaciones de muy bajo valor, como la superficie de la carretera. Al extraer los asfaltenos y resinas más pesados para la fabricación de fibra de carbono de alto valor, los aceites residuales restantes también se pueden procesar más fácilmente para producir combustibles más limpios o moléculas pequeñas valiosas, mejorando aún más la economía del proceso”, agrega la saratía.
Los investigadores ahora están ajustando la mezcla de aceite residual para maximizar la interacción química entre los componentes para mejorar aún más los atributos físicos de las fibras. También están colaborando con Saudi Aramco para ampliar el proceso.
“Nuestro objetivo principal es generar fibras de carbono de alto rendimiento y luego escalar hacia un proceso industrial”, dice Sarathy. “Esto le dará a Arabia Saudita un producto único y económicamente competitivo que se puede comercializar a nivel mundial”.
Más información: Edwin Guevara et al, sobre el efecto de las resinas en fibras de carbono a base de asfaltenos, combustible (2024). Doi: 10.1016/j.fuel.2024.134154
Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología del Rey Abdullah
Cita: más fuerte, más ligero, más barato: mejora de la producción de fibra de carbono con residuos de aceite de bajo costo (2025, 1 de abril) recuperado el 1 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-stronger-lighter-heaper-carbon-fiber.html
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