Όλοι γνωρίζουν ότι η αιολική και η ηλιακή ενέργεια έχουν σημαντικά αποτυπώματα άνθρακα λόγω της ενέργειας και των υλικών που διατίθενται για την κατασκευή των εξαρτημάτων τους . Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η έρευνα συνεχίζεται για το πώς να μειώσει αυτό το αποτύπωμα. Η Emily Mercer στο NREL περιγράφει έρευνα εκεί που ανέπτυξε μια κόλλα, που χρησιμοποιείται για να συγκρατεί μια λεπίδα ανεμογεννήτριας μαζί, κατασκευασμένη από ρητίνη από φυτικά απόβλητα χρησιμοποιώντας μια διαδικασία χαμηλής ενέργειας και ανακυκλώνεται εύκολα. Σε αντίθεση με τις τρέχουσες κόλλες που κατασκευάζονται από μη ανανεώσιμους πόρους (όπως το πετρέλαιο), η νέα ρητίνη PECAN παράγει 40% λιγότερες εκπομπές και απαιτεί 30% λιγότερη ενέργεια για να παραχθεί . Η δομική απόδοση είναι η ίδια ή, σε ορισμένες περιπτώσεις, καλύτερη. Η διαδικασία για την ανακύκλωση της ρητίνης PECAN είναι απλή και μπορεί να γίνει στο χώρο παροπλισμού του αιολικού πάρκου. Το επόμενο βήμα είναι να μετρήσετε την απόδοσή του σε πολύ μεγάλες λεπίδες. Πριν από περίπου τρία χρόνια, οι ερευνητές του Εθνικού Εργαστηρίου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL) Robynne Murray , Nicholas Rorrer , και η ομάδα τους ξεκίνησαν μια αποστολή να φτιάξουν μια εύκολα ανακυκλώσιμη ρητίνη που θα χρησιμεύσει ως κεντρική κόλλα κρατώντας μια λεπίδα ανεμογεννήτριας μαζί .

Ξεκίνησαν διαμορφώνοντας τη ρητίνη τους σε φιαλίδια μεγέθους δακτυλήθρας στον πάγκο του εργαστηρίου. Και μετά από αρκετούς γύρους πειραματισμών, λεπτών ρυθμίσεων και σιγά-σιγά κλιμάκωση, η ομάδα χρησιμοποίησε με επιτυχία τη νέα της ρητίνη για να κατασκευάσει ένα πρωτότυπο πτερύγιο ανεμογεννητριών 9 μέτρων (το μέγεθος ενός διχτυού βόλεϊ) – σηματοδοτώντας ένα σημαντικό ορόσημο για την ετοιμότητα του υλικού για κύριας παραγωγής.

PECAN: Δίκτυο ομοιοπολικής προσαρμογής από πολυεστέρα

Με το παρατσούκλι PECAN, η νέα ρητίνη μπορεί να υπερηφανεύεται για μια νέα σύνθεση , αλλά δεν είναι ούτε αρωματισμένη ούτε φτιαγμένη με το συνονόματό της με ξηρούς καρπούς. Αντίθετα, το όνομα είναι ένα αρκτικόλεξο που αντιπροσωπεύει τη χημική δομή του υλικού (PolyEster Covalently Adaptable Network). Οι ερευνητές σχεδίασαν τη ρητίνη PECAN χρησιμοποιώντας χημικές ουσίες βιολογικής βάσης που μπορούν εύκολα να εξαχθούν από φυτικά απόβλητα .

Μετά τη βελτιστοποίησή του στο εργαστήριο, η ομάδα NREL χρησιμοποίησε τη νέα ρητίνη PECAN για να κολλήσει μια λεπίδα ανεμογεννήτριας 9 μέτρων κατασκευασμένη με σύνθετα υλικά από υαλοβάμβακα και έναν πυρήνα από μπαλσαόξυλο στην Εγκατάσταση Εκπαίδευσης και Τεχνολογίας Composites Manufacturing της NREL. / ΕΙΚΟΝΑ: Troy Boro, NREL

Το πρόβλημα της ανακύκλωσης

Τώρα, μπορεί να σκέφτεστε, "Ποιο είναι το νόημα να χρησιμοποιείτε φυτικά απόβλητα για να φτιάξετε ένα πτερύγιο ανεμογεννήτριας;"

Η απάντηση βρίσκεται στη βιωσιμότητα και την ανακυκλωσιμότητα.

Περισσότερες από 70.000 ανεμογεννήτριες λειτουργούν επί του παρόντος στις Ηνωμένες Πολιτείες και ο αριθμός αυτός αναμένεται να αυξηθεί σημαντικά καθώς το έθνος επιταχύνει προς ένα μέλλον καθαρής ενέργειας. Στην πραγματικότητα, υπολογίζεται ότι περισσότεροι από 2 εκατομμύρια τόνοι υλικών πτερυγίων ανεμογεννητριών θα αναπτυχθούν στις Ηνωμένες Πολιτείες μέχρι το 2050 .

Παραδοσιακά, οι περισσότερες ρητίνες που χρησιμοποιούνται στα πτερύγια των ανεμογεννητριών απαιτούν μη ανανεώσιμους πόρους (όπως το πετρέλαιο) και πολλή ενέργεια για την παραγωγή τους . Είναι επίσης δύσκολο ή αδύνατο να ανακυκλωθούν οικονομικά και χωρίς να υποβαθμιστεί σημαντικά το υλικό.

Για την απαλλαγή του ενεργειακού τομέα και την εξάλειψη των αποβλήτων, η βιομηχανία αιολικής ενέργειας χρειάζεται μια νέα, βιώσιμη λύση.

Ωστόσο, όπως αποδεικνύεται, η ανάπτυξη ρητινών που είναι ανθεκτικές και ανακυκλώνονται εύκολα μπορεί να είναι ένα σκληρό καρύδι. Αλλά η ομάδα NREL αποδεικνύει ότι είναι έτοιμη για την πρόκληση με τη ρητίνη PECAN.

Βιώσιμο από την αρχή

Η ρητίνη PECAN μπορεί να κατασκευαστεί εξ ολοκλήρου από υλικά βιολογικής βάσης , όπως η σορβιτόλη, ένα κοινό σάκχαρο που μπορεί να βρεθεί στα φυτικά απόβλητα.

Αλλά τα πτερύγια των ανεμογεννητριών που βασίζονται στο PECAN επωφελούνται από περισσότερα από απλά πράσινα δομικά στοιχεία. Η διαδικασία κατασκευής μιας λεπίδας με ρητίνη PECAN είναι επίσης πιο πράσινη.

Μια ανακυκλώσιμη, φυτικής βάσης ρητίνη που αναπτύχθηκε από ερευνητές της NREL θα μπορούσε να βοηθήσει στη δημιουργία μιας βιώσιμης λύσης για τη βιομηχανία ανεμογεννητριών, όπως αυτή η πρωτότυπη λεπίδα 9 μέτρων. / ΕΙΚΟΝΑ: Robynne Murray, NREL

Η ομάδα NREL έδειξε ότι η ρητίνη PECAN παράγει 40% λιγότερες εκπομπές αερίων θερμοκηπίου και απαιτεί 30% λιγότερη ενέργεια για να γίνει σε σύγκριση με το εποξειδικό που χρησιμοποιείται κυρίως στα πτερύγια των σημερινών ανεμογεννητριών των ΗΠΑ.

«Αυτό είναι τεράστιο», είπε ο Μάρεϊ. «Δημιουργεί τη δυνατότητα εξοικονόμησης ενέργειας και χρημάτων, ενώ παράλληλα απελευθερώνει την πρώτη ζωή κάθε τουρμπίνας».

Χτισμένο για να διαρκεί

Ανεξάρτητα από το πόσο βιώσιμο είναι ένα πτερύγιο ανεμογεννήτριας, το τελευταίο πράγμα που πρέπει να είναι είναι αδύναμο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η ομάδα NREL δημιούργησε τη ρητίνη PECAN για να παρουσιάσει την ίδια —ή, σε ορισμένες περιπτώσεις, καλύτερη— δομική απόδοση σε σύγκριση με τα σημερινά υλικά πτερυγίων ανεμογεννητριών.

Για παράδειγμα, το νέο υλικό ξεπέρασε τις παραδοσιακές ρητίνες στο τμήμα « ερπυσμού ». Μην ανησυχείς. Ο ερπυσμός, σε αυτήν την περίπτωση, δεν είναι ένα μέτρο του αριθμού των αράχνων που σέρνονται στη λεπίδα. Αντίθετα, ο όρος δείχνει πόσο καλά μια λεπίδα διατηρεί την ακαμψία της με την πάροδο του χρόνου.

«Αν μια λεπίδα ανέμου κρέμεται στον αέρα κάτω από το βάρος της για αρκετή ώρα, μπορεί να τη δείτε να αρχίζει να χάνει την ακαμψία της. Και αυτό θα μπορούσε να είναι ένα πραγματικά μεγάλο πρόβλημα με άλλα συστήματα ρητίνης», είπε ο Murray.

«Και χάρη στη μοναδική του χημεία», συνέχισε ο Murray, «καταφέραμε να δείξουμε ότι το υλικό PECAN αποδίδει πολύ καλά σε δοκιμές ερπυσμού».

Εύκολα ανακυκλώσιμο

Όπως σχεδόν οτιδήποτε, οι ανεμογεννήτριες δεν διαρκούν για πάντα. Και μόλις φτάσουν στο τέλος της ζωής τους, η ανακύκλωση των εξαρτημάτων τους είναι ένα ουσιαστικό μέρος της δημιουργίας μιας βιώσιμης βιομηχανίας αιολικής ενέργειας.

Η ρητίνη PECAN χτυπά επίσης το σημάδι στην κατηγορία ανακυκλωσιμότητας. Οι κατασκευαστές μπορούν να το αποπολυμερίσουν (ή να το διασπάσουν) χρησιμοποιώντας ελάχιστη ενέργεια ή εξοπλισμό και χωρίς σκληρά ή δυσάρεστα χημικά .

«Αυτό σημαίνει ότι τα πτερύγια που κατασκευάζονται με τη ρητίνη PECAN έχουν τη δυνατότητα να ανακυκλωθούν στο χώρο παροπλισμού του αιολικού πάρκου , γεγονός που μπορεί να ελαχιστοποιήσει τις εκπομπές μεταφοράς πτερυγίων και να απελευθερώσει περαιτέρω τον κύκλο ζωής κάθε τουρμπίνας», είπε ο Murray.

Αυτό βέβαια δεν είναι τυχαίο. Η ομάδα NREL σχεδίασε προσεκτικά τη ρητίνη ώστε να αποτελείται από ένα δίκτυο ειδικών χημικών δεσμών (που ονομάζονται εστερικοί σύνδεσμοι), οι οποίοι μπορούν να διασπαστούν με ασφαλή και οικονομικά προσιτά χημικά, συμβάλλοντας στην ευκολία της ανακύκλωσης του υλικού.

Πραγματοποιήθηκε σε ένα μοναδικό εργαστήριο

Ο Murray σημείωσε ότι η έρευνα πίσω από τη ρητίνη PECAN κατέστη δυνατή λόγω των μοναδικών ερευνητικών πόρων και εγκαταστάσεων της NREL, όπως το Composites Manufacturing Education and Technology Facility .

«Στη NREL, έχουμε τα πάντα, από ειδικούς επιστήμονες βιοπολυμερών έως υπερσύγχρονες δυνατότητες δοκιμών, όλα σε ένα μέρος», είπε ο Murray. «Αυτό μας επέτρεψε να εκσυγχρονίσουμε ολόκληρη τη διαδικασία της έρευνας, μεταφέροντας αυτή τη ρητίνη από την εννοιολογική χημεία σε μια πραγματική λεπίδα μέσα σε λίγα μόλις χρόνια , κάτι που είναι αρκετά ανήκουστο!»

Η ομάδα NREL σχεδιάζει να κατασκευάσει ένα μεγαλύτερο πτερύγιο ανεμογεννήτριας από αυτό των 9 μέτρων με τη ρητίνη PECAN, ώστε να μπορούν να πραγματοποιήσουν πρόσθετα δομικά πειράματα. / ΕΙΚΟΝΑ: Miguel Gonzalez Montijo, NREL

Στη συνέχεια, η ομάδα σχεδιάζει να κατασκευάσει μια ακόμη μεγαλύτερη λεπίδα με τη ρητίνη PECAN , η οποία θα τους επιτρέψει να πραγματοποιήσουν πρόσθετα δομικά πειράματα πριν η ρητίνη είναι έτοιμη στην αγορά.

Εάν όλα πάνε καλά, η ομάδα ελπίζει ότι η ρητίνη τους μπορεί να είναι μια εύκολη αντικατάσταση για τα τρέχοντα υλικά ανεμογεννητριών . Και αυτή είναι μια λύση που η βιομηχανία αιολικής ενέργειας σίγουρα θα βρει ορεκτική.

Μάθετε περισσότερα για τη νέα έρευνα υλικών ανεμογεννητριών της NREL και ρίξτε μια ματιά στη σειρά Manufacturing Mastermind Series για να διαβάσετε τις ιστορίες των ανθρώπων πίσω από αυτό το έργο.

***

Η Emily Mercer είναι Συγγραφέας Ενεργειακής Ανάλυσης και Υπεύθυνη Έργου Επικοινωνίας στο NREL

Αυτό το άρθρο δημοσιεύεται με άδεια από το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας