Хотя ветряные турбины вырабатывают электроэнергию с помощью экологически чистого процесса, гигантские лопасти этих турбин обычно оказываются на свалках после износа. Однако это может измениться благодаря новой биосмоле, которая позволит разбирать старые лопасти и перерабатывать их в новые.
Хотя конструкции различаются у разных производителей, большинство лопастей ветряных турбин включают в себя «скелет» из углеродного волокна (известный как лонжерон), внутренний сердечник из бальзового дерева или вспененного материала и оболочку из стекловолокна. Как в углеродном волокне, так и в стекловолокне для склеивания соответствующих волокон используется эпоксидная термореактивная смола.
К сожалению, как только лезвие достигает конца своего срока службы – примерно через 20 лет – отделение всех этих материалов друг от друга для последующего повторного использования становится очень сложным. Это связано в основном с тем, что смолу нельзя легко разбить, поэтому углеродные и стеклянные волокна невозможно извлечь из нее.
Хотя было предложено несколько экспериментальных методов переработки лезвий, некоторые из них включают жесткие процессы, которые, вероятно, не будут управляться в коммерческих масштабах, в то время как другие снижают качество волокон. В результате старые лезвия обычно просто выбрасываются или, в лучшем случае, измельчаются и используются в качестве наполнителя в цементе.
В попытке решить эту проблему ученые из Национальной лаборатории возобновляемой энергии Министерства энергетики США (NREL) разработали альтернативную эпоксидную смолу, известную как ПЕКАН. Ее название является аббревиатурой от «PolyEster Covalently Adaptable Network», это вещество может быть изготовлено из биологического сырья, такого как отходы глицерина или другие неконкурентные с точки зрения пищевых продуктов сахара.
Кубики смолы ПЕКАН, которая, как сообщается, может использоваться на существующих заводах для производства полноразмерных лопастей ветряных турбинВернер Слокум, NREL
После первоначальных экспериментов на небольших образцах исследователи использовали ПЕКАН при создании лопасти ветряной турбины длиной 9 метров (29,5 футов), которая включала в себя лонжерон из углеродного волокна, сердечник из бальзового дерева и оболочку из стекловолокна.
Испытания показали, что его прочность на разрыв была аналогична прочности лезвий, изготовленных из традиционных смол, как и его способность выдерживать суровые погодные условия. И что важно – в отличие от некоторых других экспериментальных лезвий, изготовленных из экологически чистых материалов – он не был подвержен явлению, известному как «ползучесть», при котором лезвие деформируется с течением времени.
После завершения этих испытаний лезвие PECAN было разрезано на кубики, которые подверглись химическому процессу, называемому метанолизом.
Этот процесс растворил смолу примерно за шесть часов при температуре 225 ºC (437 ºF), что позволило полностью восстановить первозданный углерод и стекловолокно. Также был восстановлен химический катализатор, который использовался для затвердевания смолы. И в качестве дополнительного бонуса соединение под названием полиол, которое образовалось как побочный продукт деполимеризации смолы, было восстановлено для возможного последующего использования в пластиках, таких как полиуретаны.
Старший научный сотрудник NREL Ник Роррер, соавтор статьи об исследовании, говорит нам, что 80% материалов, использованных в лезвии (по массе), в конечном итоге были восстановлены. Древесина бальзы действительно претерпела некоторую потерю массы, хотя дальнейшие исследования могут помочь изменить это.
«Просто потому, что что-то является биопроизводным или перерабатываемым, не означает, что оно будет хуже», — говорит он. «Это действительно бросает вызов развивающемуся представлению в области полимерной науки о том, что нельзя использовать перерабатываемые материалы, поскольку они будут недостаточно эффективны».
Статья была недавно опубликована в журнале Science.
