NREL развивает метод переработки лопастей ветряных турбин

Исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) Министерства энергетики США видят реальный путь к производству лопастей ветряных электростанций из биоматериалов, которые можно подвергать химической переработке, а их компоненты использовать повторно, что положит конец практике захоронения старых лопастей на свалках по окончании срока их службы.

Результаты исследования опубликованы в новом выпуске журнала Science . Новая смола, изготовленная из материалов, полученных с использованием биоресурсов, по своим характеристикам не уступает текущему отраслевому стандарту лезвий из термореактивной смолы и превосходит некоторые термопластичные смолы, предназначенные для вторичной переработки.

Исследователи построили прототип 9-метровой лопасти, чтобы продемонстрировать технологичность разработанной NREL смолы, получаемой из биомассы, названной PECAN. Аббревиатура расшифровывается как PolyEster Covalently Adaptable Network, а производственный процесс соответствует текущим методам. При существующей технологии лопасти ветряных турбин служат около 20 лет, а затем их можно механически перерабатывать, например, измельчать для использования в качестве наполнителя бетона. PECAN знаменует собой скачок вперед из-за возможности переработки лопастей с использованием мягких химических процессов.

По словам Райана Кларка, постдокторанта NREL и первого автора новой статьи, процесс химической переработки позволяет повторно собирать и использовать компоненты лезвий снова и снова, что позволяет производить повторно тот же продукт. «Это действительно безграничный подход, если он реализован правильно».

По его словам, химический процесс позволил полностью разрушить прототип лезвия за шесть часов.

В статье «Производство и тестирование термореактивных материалов, получаемых из биомассы, для переработки ветровых лопастей» участвовали исследователи из пяти исследовательских центров NREL, включая Национальный центр ветровых технологий и Консорциум BOTTLE. Исследователи продемонстрировали стратегию окончания срока службы лопастей PECAN и предложили стратегии восстановления и повторного использования для каждого компонента.

«Метод PECAN для разработки перерабатываемых лопастей ветряных турбин является критически важным шагом в наших усилиях по содействию циклической экономике в области энергетических материалов», — сказал Джони Грин, заместитель директора лаборатории NREL по машиностроительным и теплотехническим наукам.

Исследование смолы PECAN началось с конца. Ученые хотели создать ветровую лопасть, которую можно было бы перерабатывать, и начали экспериментировать с тем, какое сырье они могли бы использовать для достижения этой цели. Смола, которую они разработали с использованием биопроизводных сахаров, стала контрапунктом к общепринятому мнению о том, что лопасть, предназначенная для переработки, не будет работать так же хорошо.

«То, что что-то является биопроизводным или перерабатываемым, не означает, что оно будет хуже», — сказал Ник Роррер, один из двух авторов-корреспондентов научной статьи . Он сказал, что одно из опасений, которое высказывали другие по поводу этих типов материалов, заключается в том, что лезвие будет подвержено большей «ползучести», то есть, когда лезвие теряет свою форму и деформируется с течением времени. «Это действительно бросает вызов этому развивающемуся представлению в области полимерной науки о том, что нельзя использовать перерабатываемые материалы, потому что они будут недостаточно эффективными или будут слишком сильно ползти».

Композиты, изготовленные из смолы PECAN, сохраняют форму, выдерживают ускоренную проверку на атмосферостойкость и могут быть изготовлены в сроки, аналогичные существующему циклу отверждения, используемому в настоящее время для производства лопастей ветряных турбин.

Хотя длина лопастей ветрогенератора может быть равна длине футбольного поля, размер прототипа стал доказательством эффективности этого процесса.

«Девять метров — это масштаб, в котором мы смогли продемонстрировать все те же производственные процессы, которые будут использоваться для 60-, 80- и 100-метровых лопастей», — сказала Робин Мюррей, второй автор-корреспондент.

Другими соавторами, все из NREL, являются Эрик Рогнеруд, Аллен Пуэнте-Урбина, Дэвид Барнс, Пол Мёрди, Майкл Макгроу, Джимми Ньюкирк, Райан Бич, Джейкоб Врубель, Леви Хамерник, Кэтрин Чизм, Андреа Баер и Грегг Бекхэм.

Министерство энергетики США совместно финансировало исследование через свое Управление передовых материалов и производственных технологий и Управление биоэнергетических технологий и их поддержку Консорциума BOTTLE. Дополнительные исследования и финансирование позволят исследователям построить более крупные лезвия и изучить больше биопроизводных формул.

NREL — главная национальная лаборатория Министерства энергетики США по исследованиям и разработкам в области возобновляемых источников энергии и энергоэффективности. NREL управляется для DOE компанией Alliance for Sustainable Energy LLC.

Источник: https://www.nrel.gov/news/press/2024/nrel-advances-method-for-recyclable-wind-turbine-blades.html