Recyklace kompozitních cyklistických rámů

Karl von Drais na svém původním vynálezu v roce 1819

Cyklistika je úzce spjatá s vývojem jízdního kola. Jakýmsi prvním historickým mezníkem vývoje je rok 1817, kdy Karl Drais vynalezl drezínu (odrážedlo), které bylo kombinací materiálu dřeva a železa. To se však v posledních letech přehouplo do technologického výkvětu v podobě ultra lehkých materiálů, tedy hliníku, titanu a karbonu. V této problematice mě nejvíce zaujala recyklace karbonu, protože další zpracování hliníkových a titanových rámů je velmi jednoduchou záležitostí již řadu let. Jízda na kole je příkladem nádherného způsobu zvyšování své kondiční schopnosti. Do určité míry jde také o psychohygienu a relaxaci. Místo zvolení některého z dopravních prostředků, zvolíme jízdu na kole, jelikož z enviromentálního hlediska tak touto jízdou ušetříme peníze za pohonné hmoty a spoustu uvolněných skleníkových plynů.

Výroba kola: na výrobu karbonového rámu kola dle výzkumu je uvolněno 240 kilogramů skleníkových plynů a spotřebováno 2000 litrů vody. Většina karbonových rámů kol se vyrábí v Číně, Tchaj-wanu a Vietnamu. Ovšem po výrobě tohoto rámu již nemá žádný dopravní prostředek menší ekologickou stopu, kromě samotné chůze.

Při porovnání cyklistiky a dopravy automobilem má cyklista absolutně zanedbatelný dopad na životní prostředí. Po referenční době 15 let a ujetí stejného počtu kilometrů má průměrné osobní auto 10 x větší uhlíkovou stopu než kolo. Cyklista navíc vydechuje jen 13 gramů oxidu uhličitého na kilometr, naproti tomu automobil produkuje 350 gramů na jeden kilometr.

Po rozebrání energetické stopy vyšlo najevo, že cyklista spotřebuje na jeden kilometr pouze 40 kilojoulů, ovšem řidič s automobilem 2500 kiloujoulů. 

K druhému faktoru energetické stopy můžeme zařadit „údržbu“ Kolo je zde 16 x čistějším prostředkem, než automobil v emisích CO₂ při výrobě prostředků na údržbu.

Třetím faktorem energetické stopy je stavba silnic/cyklostezek. Zde je vyprodukováno 4 x méně skleníkových plynů než při stavbě automobilové komunikace.

Sekané uhlíkové vlákno

Největším „dluhem planetě Zemi“´ je tedy samotná výroba rámu. Toto energetické břemeno vznikne však jen samotným nákupem, neboť při prvních 600 km ujetí na karbonovém rámu splatíme tento dluh, který bychom absolvovali jiným způsobem.

Životnost karbonových rámů

Mnoho výrobců má tzv. doživotní záruku na rám kola. Jak taková záruka probíhá? Při sebemenším poškození (ne vlastní vinou – za niž lze považovat pád, srážku, mechanické poškození), jehož příčinou je únava materiálu, se rám vymění za nový kus. Do roku 2010 se tyto rámy nijak nerecyklovaly a končily většinou jako suvenýry u majitelů nebo v horším případě na skládkách či ve spalovnách. Postupem času se použité karbonové vlákno stalo surovinou, kterou se vyplatilo třídit. Velkou výhodou je opravitelnost karbonového rámu, jakékoli poškození je v tomto případě vratné, a to jednoduchým procesem slepení a nahrazení poškozené části novým karbonovým vláknem. Jeden z největších výrobců kol, značka TREK, se do této recyklace pustil jako první. V zařízení na recyklaci kompozitu, které bylo navrženo a řízeno pro minimální dopad na životní prostředí, využívá firma Carbon Conversions proprietární řešení nejen pro udržení uhlíkových částí na skládkách, ale také pro repasování recyklovaného materiálu do nových vysoce výkonných částí.

Trek byl průkopníkem výroby uhlíkových vláken v rámci cyklistického průmyslu počátkem 90. let a od té doby vyvinul účinný výrobní proces, jehož výsledkem je minimální přebytečný odpad. Ale i tak se každoročně v celosvětových továrnách Trek ve Waterloo ve Wisconsinu zrecykluje zhruba 27 215 kg karbonového šrotu.

Toto číslo zahrnuje vše, od představců a řídítek až po další průlomový design rámu – lisované díly, které nesplňují mimořádně přísné vnitřní standardy firmy, ale i reklamace prasklých a jinak poškozených rámů a další netkané části, jako jsou karbonová kola.

Každý rok se ve Waterloo ocitly téměř 3 kamiony odpadů z uhlíkových vláken, které se nikdy nedostaly na trh kvůli sebemenší vadě na kráse. Proto se Trek v roce 2010 spojil s Carbon Conversions aby zajistili, že tento přebytečný odpad nepůjde na skládky a do spaloven, ale navrhne se pro něj druhy život. V této technologicky náročné operaci jde o to, zbavit se barvy, epoxidu, pryskyřice a dostat se k surovému uhlíku. Části se rozsekají na kousky menší než jeden centimetr čtvereční, potom se tyto kousky převádějí přes atmosféricky řízenou, elektricky vyhřívanou pec, která odstraňuje vše, co není surovým uhlíkem.

Lehokolo z uhlíkových vláken

V této použitelné formě se surový uhlík mísí s vodou v obrovských nerezových nádržích. Díky proprietární výpočetní dynamice tekutin jsou malé uhlíkové kusy tvarovány do uhlíkových předtvarovacích forem, ze kterých pak mohou být vyrobeny vysoce pevné díly.

V duchu recyklace materiálů by nemělo být žádným překvapením, že vše v této části procesu je recyklováno. Po vytvoření předtvarované formy se nádrže vypustí a vyčistí, voda se uloží, aby se mohla znovu použít při tvorbě další předtvarované karbonové formy. A dokonce i nádrže, z nichž jedna stojí na dně závodu, jsou recyklovány. Předtím, než byly upraveny k výrobním procesům této funkce pro karbonovou recyklaci, bývaly použity v pivovaru Anheuser-Busch.

Konečným výsledkem tohoto procesu je kus materiálu, který má mimořádný počet využití. Předtvarované uhlíkové formy vytvořené v Lake City byly použity k vývoji produktů tak rozmanitých, jako jsou substrukturální díly pro závodní auta, nástroje pro karbonové trupy závodních plachetnic, kajaky, kánoe veslařské lodě, vesla a pádla.

Možnosti jsou nekonečné, ale jsou zde i výzvy. Rám z uhlíkového kola získává svou pevnost z nekonečných pramenů uhlíku, které jsou tvarovány a epoxidovány. Jakmile se provede proces regenerace – recyklace, výsledný uhlíkový produkt nemá stejnou konstrukční integritu spojitých uhlíkových vláken.

Průmysl cyklistiky se zaměřil na uhlíkové vlákno, protože materiál se ukázal být mimořádně lehký, silný a účinný. V cyklistické terminologii – lehčí rám znamenal rychlejší jízdu, protože síla vyprodukovaná cyklistou byla využita efektivněji. Když je stejná filozofie aplikována ve větším měřítku – například v automobilovém průmyslu – efektivita by mohla znamenat menší závislost na spalování fosilních paliv.

Bohužel stále nevelké množství kompozitních materiálů konči na skládkách, kde je těmto odpadům stovky let rozložení málo. Trek je v této recyklaci nejvíce aktivní a snaží se řešit alespoň své odpady. V tuto chvíli se touto problematikou zabývají i další velké firmy, jelikož se jedná o surovinu, která se dá dále prodat jako produkt.

Odkazy

Reference

Tato stránka vznikla, či byla výrazně rozšířena v rámci projektu "Odpovědná spotřeba – podklady pro vzdělávání k udržitelnému životnímu stylu“, podpořeného v letech 2018–2021 Technologickou agenturou České republiky. Podrobnosti o projektu.