بسترسازی بازیافت ضایعات مواد کامپوزیتی در صنایع ایران

رفیعی, رهام; صفایی, فائزه

بسترسازی بازیافت ضایعات مواد کامپوزیتی در صنایع ایران

نوع مقاله : مقاله ترویجی

نویسندگان

رهام رفیعی ¹

فائزه صفایی ²

¹ دانشکدگان علوم و فناوری‌های میان رشته‌ای دانشگاه تهران

² دانشکدگان علوم و فناوری‌های میان رشته‌ای، دانشگاه تهران

چکیده

مواد کامپوزیتی پیشرفته، به‌ویژه انواع مبتنی بر رزین‌های گرماسخت و تقویت‌کننده‌های الیاف، در صنایع کلیدی ایران نقش محوری ایفا می‌کنند. این مواد به دلیل خواص مکانیکی برتر جایگزین مناسبی برای فلزات شده‌اند. با این‌حال، پسماندهای کامپوزیتی تولیدشده در صنایع مختلف کشور، به دلیل ساختار شبکه‌ای پیچیده و غیرقابل‌تجزیه بیولوژیکی، چالش‌های زیست‌محیطی، اقتصادی و فنی ایجاد کرده‌اند. انباشت این پسماندها، فضای دفن زباله‌ها را اشغال می‌کند، و از نظر اقتصادی نیز اتلاف منابع با ارزش را به دنبال دارد. فعالیت‌های تحقیقاتی در ایران در حوزه کامپوزیت‌ها به‌ویژه در چاپ سه‌بعدی پیشرفت‌هایی داشته است اما استفاده مناسب از مواد بازیافتی به‌صورت جدی مورد توجه قرار نگرفته است. این مقاله به بررسی روش‌های کلان بازیافت این پسماندها و مزایا و معایب هر روش می‌پردازد. پنج روش اصلی بازیافت کامپوزیت‌ها شامل باز استفاده مستقیم، ساخت سازه‌های ثانویه، تبدیل‌های مکانیکی/حرارتی/شیمیایی و ترکیبی، روش متراکم‌سازی و تولید الیاف بلند قابل ‌استفاده مجدد مورد تحلیل قرار می‌گیرند. سپس، برای این روش‌ها بر اساس شرایط بومی کشور، شاخص‌های کلیدی استخراج و با استفاده از مدل تصمیم‌گیری چندمعیاره SMART وزن‌دهی و اولویت‌بندی می‌شوند. این مطالعه بر لزوم استقرار اقتصاد چرخشی در مدیریت پسماندهای کامپوزیتی تأکید دارد و بازیافت را فرصتی راهبردی برای خودکفایی صنعتی و توسعه پایدار می‌داند.

کلیدواژه‌ها

بازیافت

پسماندهای کامپوزیتی

تصمیم‌گیری چندمعیاره

اولویت بندی

سیاست‌گذاری ملی

عنوان مقاله English

Foundation of Composite Waste Recycling in Iran's Industries

نویسندگان English

Roham Rafiee ¹

Faeze Safaei ²

¹ College of Interdisciplinary Science and Technology, University of Tehran

² College of Interdisciplinary Science and Technology, University of Tehran

چکیده English

Advanced composite materials and structures, particularly thermoset resin-based composites reinforced with fibers, play a crucial role in Iran's key industries. These materials have become preferred alternatives to traditional metals due to their superior mechanical properties and low weight. However, composite waste generated across various industries poses serious environmental, economic, and technical challenges due to its complex crosslinked structure and biological non-degradability. The accumulation of such waste not only occupies landfill space but also represents significant resource loss. Research activities in Iran have shown progress in composite technologies, especially in additively manufacturing procedures known as 3D printing; however, the systematic use of recycled materials in this segment of the industry as feedstock has not yet received adequate attention. This paper comprehensively examines large-scale recycling methods for these wastes along with their advantages and limitations. Five principal composite recycling approaches are analyzed: reuse/repurpose, resize/reshape, mechanical/thermal/chemical and hybrid conversion processes, aggregates, and recovery. Subsequently, key performance indicators are extracted for these methods based on Iran's local conditions, weighted, and prioritized using the SMART multi-criteria decision-making model. This study emphasizes the imperative need for establishing a circular economy in composite waste management and positions recycling as a strategic opportunity for industrial self-sufficiency and sustainable development.

کلیدواژه‌ها English

Recycling

Composite wastes

Multi-criteria decision making model

Prioritizing

National policy-making

[1]. Z. U. A. Muhammad Yasir Khalid, Mokarram Hossain, Rehan Umer, "Recycling of wind turbine blades through modern recycling technologies: A road to zero waste," Renewable Energy Focus, vol. 44, p. 17, 2023, doi: 10.1016/j.ref.2023.02.001.

[2]. K. S. J.P. Jensen, "Wind turbine blade recycling: Experiences, challenges and possibilities in a circular economy," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 97, p. 12, 2018, doi: 10.1016/j.rser.2018.08.041.

[3]. P. C. Manjeet Rani, Venkata Krishnan, Sunny Zafar, "A review on recycling and reuse methods for carbon fiber/glass fiber composites waste from wind turbine blades," Composites Part B, vol. 215, p. 15, 2021, Art no. 108768, doi: 10.1016/j.compositesb.2021.108768.

[4]. B. F. Jelle Joustra, Ruud Balkenende, "Structural reuse of high end composite products: A design case study on wind turbine blades," Resources, Conservation & Recycling, vol. 167, p. 10, 2021, Art no. 105393, doi: 10.1016/j.resconrec.2020.105393.

[5]. M. S. Muhammad Ateeq, Anam Azam, Muhammad Rafiq, "A review of 3D printing of the recycled carbon fiber reinforced polymer composites: Processing, potential, and perspectives," Journal of Materials Research and Technology, vol. 26, p. 19, 2023, doi: 10.1016/j.jmrt.2023.07.171.

[6]. Y. P. Yixue Zhang, Larry Lessard, Aart Willem van Vuure, "Recycling and valorization of glass fibre thermoset composite waste by cold incorporation into a sustainable inorganic polymer matrix," Composites Part B, vol. 223, p. 9, 2021, Art no. 109120, doi: 10.1016/j.compositesb.2021.109120.

[7]. B. F. Jelle Joustra, Ruud Balkenende, "Structural reuse of wind turbine blades through segmentation," Composites Part C: Open Access, vol. 5, p. 11, 2021, Art no. 100137, doi: 10.1016/j.jcomc.2021.100137.

[8]. L. O. D. Géraldine Oliveux, Gary A. Leeke, "Current status of recycling of fibre reinforced polymers: Review of technologies, reuse and resulting properties," Progress in Materials Science, vol. 72, p. 39, 2015, doi: 10.1016/j.pmatsci.2015.01.004.

[9]. J. K. Amirmohammad Rahimizadeh, Rodolphe Henri, Kazem Fayazbakhsh, and Larry Lessard, "Recycled Glass Fiber Composites from Wind Turbine Waste for 3D Printing Feedstock: Effects of Fiber Content and Interface on Mechanical Performance," Materials, vol. 12, p. 18, 2019, Art no. 3929, doi: 10.3390/ma12233929.

[10]. M. T. Amirmohammad Rahimizadeh, Kazem Fayazbakhshb, Larry Lessarda, "Tensile properties and interfacial shear strength of recycled fibers from wind turbine waste," Composites Part A, vol. 131, p. 12, 2020, Art no. 105786, doi: 10.1016/j.compositesa.2020.105786.

[11]. A. R. Zhengshu Yan , Yixue Zhang , Yuheng Zhou , Larry Lessard, "A finite element model for 3D printed recycled parts from end-of-life wind turbine blades," Composite Structures, vol. 320, p. 13, 2023, Art no. 117177, doi: 10.1016/j.compstruct.2023.117177.

[12]. S. S. K. Hardik K. Jani, Garlapati Nagababu, Alok Das, "A brief review on recycling and reuse of wind turbine blade materials," Materials Today: Proceedings, vol. 62, p. 7, 2022, doi: 10.1016/j.matpr.2022.02.049.

[13]. S. Y. Guangwen Cheng, Xiaoqian Wang, Zhongxu Guo, Ming Cai, "Study on the recycling of waste wind turbine blades," Journal of Engineering Research, vol. xxx, p. 5, 2023, Art no. xxx, doi: 10.1016/j.jer.2023.100070.

[14]. M. J. Leon, "Recycling of wind turbine blades: Recent developments," Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry, vol. 39, p. 7, 2023, Art no. 100746, doi: 10.1016/j.cogsc.2022.100746.

[15]. J. K. Amirmohammad Rahimizadeh, Kazem Fayazbakhsh, Larry Lessard, "Recycling of fiberglass wind turbine blades into reinforced filaments for use in Additive Manufacturing," Composites Part B, vol. 175, p. 11, 2019, Art no. 107101, doi: 10.1016/j.compositesb.2019.107101.

[16]. Z.-H. G. Ming-Yuan Shen, Wan-Ting Feng, "A study on the characteristics and thermal properties of modified regenerated carbon fiber reinforced thermoplastic composite recycled from waste wind turbine blade spar," Composites Part B, vol. 264, p. 12, 2023, Art no. 110878, doi: 10.1016/j.compositesb.2023.110878.

[17]. N. S. Nandini Ramawat, Pranaya Yamba, Madhavchary A T Sanidhi, "Recycling of polymer-matrix composites used in the aerospace industry- A comprehensive review," Materials Today: Proceedings, vol. xxx, p. 6, 2023, Art no. xxx, doi: 10.1016/j.matpr.2023.05.386.

[18]. S. A. H. Y. Tao, Y. Wei, "Recycling of glass fibre reinforced polymer (GFRP) composite wastes in concrete: A critical review and cost benefit analysis," Structures, vol. 53, p. 17, 2023, doi: 10.1016/j.istruc.2023.05.018.

[19]. Y. S. Dylan S. Cousins, Robynne E. Murray, Joseph R. Samaniuk, Aaron P. Stebner, "Recycling glass fiber thermoplastic composites from wind turbine blades," Journal of Cleaner Production, vol. 209, p. 12, 2019, doi: 10.1016/j.jclepro.2018.10.286.

[20]. G. X. Rosario Fonte, "Wind turbine blade recycling: An evaluation of the European market potential for recycled composite materials," Journal of Environmental Management, vol. 287, p. 14, 2021, Art no. 112269, doi: 10.1016/j.jenvman.2021.112269.

[21]. S. B. Wenjian Guo, Yicong Ye and Li’an Zhu, "Recycling carbon fiber-reinforced polymers by pyrolysis and reused to prepare short-cut fiber C/C composite," Journal of Reinforced Plastics and Composites, vol. 0, p. 9, 2019, doi: 10.1177/0731684418822144.

[22]. H. L. Seyed Hossein Mamanpush, Karl Englund, Azadeh Tavousi Tabatabaei, "Recycled wind turbine blades as a feedstock for second generation composites," Waste Management, vol. 76, p. 7, 2018, doi: 10.1016/j.compstruct.2023.117177.

[23]. L. Y. K. Pender "Regenerating performance of glass fibre recycled from wind turbine blade," Composites Part B, vol. 198, p. 10, 2020, Art no. 108230, doi: 10.1016/j.compositesb.2020.108230.

[24]. O. A. H. Dmitry Baturkin, Radhouane Masmoudi, Arezki Tagnit-Hamou, Luc Massicotte, "Valorization of recycled FRP materials from wind turbine blades in concrete," Resources, Conservation & Recycling, vol. 174, p. 10, 2021, Art no. 105807, doi: 10.1016/j.resconrec.2021.105807.

[25]. A. Y. a. L. C. Bank, "A Critical Review of Research on Reuse of Mechanically Recycled FRP Production and End-of-Life Waste for Construction," polymers, vol. 6, p. 17, 2014, doi: 10.3390/polym6061810.

[26]. M. I. Edbert R. Lumbantobing, "Valorization of recycled GFRP fibers and flakes from decommissioned boats in concrete: Effects on mechanical and microstructural properties," Cleaner Waste Systems, vol. 13, p. 15, 2026, Art no. 100462, doi: 10.1016/j.clwas.2025.100462.

[۲۷]. گلپریان ن.، علاقه‌بند ا.، حجتی ر.، اسفندیاری ک.، هاشمی ح. (1387). راهنمای صنعت کامپوزیت، انجمن کامپزیت ایران، چاپ اول، ص 334.

[۲۸]. شرکت گوریت (1404). راهنمای کامپوزیت‌ها، رحیمی ع.، چاپ اول، کتیبه نوین، ص ۱۲۶.

[۲۹]. "آشنایی با لوله‌های کامپوزیتی"، انجمن کامپوزیت ایران، 1395.

[30]. R. Rafiee, "On the mechanical performance of Glass-Fiber-Reinforced Thermosetting-Resin pipes: A Review," Journal of Composite Structures, vol. 143, p. 14, 2016, doi: 10.1016/j.compstruct.2016.02.037.

[۳۱]. مارکو ا. (1398). هنر هدف‌گذاری به روش اسمارت، موسسه آموزشی تالیفی ارشدان، چاپ اول، ص60.

[۳۲]. رفیعی ر.، عموحاجی ه‍.. (1404). مطالعه تجربی و پیش بینی استحکام کششی نمونه نانوکامپوزیتی تولید شده با چاپگر سه بعدی، مجله مهندسی ساخت و تولید ایران، دوره 12، شماره 3، ص‌ص 1 - 9.

[۳۳]. رفیعی ر.، خزمه ه‍..، عموحاجی ه‍.. (1404). بهینه سازی پارامترهای فرایند چاپ سه بعدی برای تولید نانوکامپوزیت‌هایCNT/ABS با استفاده از روش تاگوچی، نشریه علمی پژوهشی علوم و فناوری کامپوزیت، جلد 12، شماره 1، ص‌ص 2681-2692.

[34]. H. A. R. Rafiee, "Predicting strength of additively manufactured polymeric nanocomposites based on filament properties," Polymer Composites, vol. 46, no. 16, p. 13, 2025, doi: 10.1002/pc.30088.

[35]. H. K. R. Rafiee, "Analyzing the impact response of 3D printed polymeric nanocomposites," Materials Today Communications, vol. 51, 2026, Art no. 114658, doi: 10.1016/j.mtcomm.2026.114658.

[36]. H. A. Rafiee, H. Khezma, "Estimating strength of 3D-printed polymers based on the appraisal of available models," Journal of Materials Engineering and Performance, vol. 34, p. 11, 2025, doi: 10.1007/s11665-025-10880-9.

[۳۷]. هووا س. (1398). مبانی ساخت مواد مرکب (کامپوزیت)، طاهری بهروز ف.، هوشنگی ح‍.، چاپ اول، مرکز نشر دانشگاهی، ص346.