12 دسامبر 2023 – توسط امیلی مرسر، آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر-پس از بهینه سازی آن در آزمایشگاه، تیم NREL از رزین جدید PECAN خود برای چسباندن تیغه توربین بادی 9 متری ساخته شده از کامپوزیت های فایبرگلاس و هسته بالساوود در مرکز آموزش و فناوری کامپوزیت NREL استفاده کرد. اعتبار: تروی بورو، NREL
حدود سه سال پیش، محققان آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر (NREL) رابین موری، نیکلاس رورر و تیمشان مأموریتی را برای ساختن رزینی به‌راحتی قابل بازیافت به‌عنوان چسب مرکزی که تیغه‌های توربین بادی را در کنار هم نگه می‌دارد، آغاز کردند.آنها با فرموله کردن رزین خود در ویال هایی به اندازه انگشتانه در نیمکت آزمایشگاه شروع کردند. و پس از چندین دور آزمایش، تنظیم دقیق و افزایش تدریجی، تیم با موفقیت از رزین جدید خود برای ساخت یک تیغه اولیه توربین بادی 9 متری (به اندازه یک تور والیبال) استفاده کرد – که نقطه عطف مهمی در جهت آمادگی مواد برای جریان اصلی تولید بود.
رزین جدید با نام مستعار PECAN دارای ترکیبی بدیع است، اما نه طعم‌دار است و نه با همنام آجیلی خود ساخته می‌شود. در عوض، نام مخفف ساختار شیمیایی ماده (شبکه سازگار کووالانسی پلی استر) است. محققان رزین PECAN را با استفاده از مواد شیمیایی مبتنی بر زیست طراحی کردند که به راحتی از ضایعات گیاهی قابل استخراج است. این مطالعه در مجله Matter منتشر شده است.
حالا ممکن است فکر کنید “استفاده از ضایعات گیاهی برای ساخت پره توربین بادی چه فایده ای دارد؟”
در حال حاضر بیش از 70000 توربین بادی در ایالات متحده در حال فعالیت هستند و انتظار می‌رود که این تعداد به طور قابل توجهی افزایش یابد زیرا این کشور به سمت آینده انرژی پاک شتاب می‌دهد. در واقع، تخمین زده می شود که تا سال 2050 بیش از 2 میلیون تن مواد پره توربین بادی در ایالات متحده مستقر شود.
به طور سنتی، بیشتر رزین‌های مورد استفاده در پره‌های توربین بادی برای ساخت به منابع تجدیدناپذیر (مانند نفت) و انرژی زیادی نیاز دارند. همچنین بازیافت آنها به طور موثر و بدون تخریب قابل توجه مواد دشوار یا غیرممکن است.برای کربن زدایی بخش انرژی و حذف ضایعات، صنعت انرژی بادی به یک راه حل جدید و پایدار نیاز دارد.
با این حال، همانطور که مشخص است، تولید رزین هایی که بادوام هستند و به راحتی بازیافت می شوند، می توانند شکستن سختی باشند. اما تیم NREL ثابت می کند که برای چالش با رزین PECAN آماده است.
رزین PECAN را می توان به طور کامل از مواد زیستی مانند سوربیتول، یک قند معمولی که در ضایعات گیاهی یافت می شود، تهیه کرد.اما پره‌های توربین بادی مبتنی بر PECAN از چیزی بیش از بلوک‌های ساختمان سبز سود می‌برند. فرآیند تولید تیغه با رزین PECAN نیز سبزتر است.
تیم NREL نشان داد که رزین PECAN در مقایسه با اپوکسی که عمدتاً در پره‌های توربین‌های بادی امروزی ایالات متحده استفاده می‌شود، 40 درصد گازهای گلخانه‌ای کمتری تولید می‌کند و 30 درصد انرژی کمتری برای تولید نیاز دارد.
موری گفت: «این بسیار بزرگ است. این پتانسیل را برای صرفه جویی در انرژی و پول ایجاد می کند و در عین حال اولین عمر هر توربین را کربن زدایی می کند.
مهم نیست که یک پره توربین بادی چقدر پایدار باشد، آخرین چیزی که باید باشد سست بودن آن است. به همین دلیل است که تیم NREL رزین PECAN را ایجاد کرد تا عملکرد ساختاری مشابه یا در برخی موارد بهتر را در مقایسه با مواد پره‌های توربین بادی امروزی نشان دهد.
به عنوان مثال، ماده جدید از رزین های سنتی در بخش “خزش” بهتر عمل کرد. خزش، در این مثال، معیاری برای تعداد عنکبوت هایی نیست که روی تیغه می خزند. در عوض، این اصطلاح نشان می دهد که یک تیغه چقدر سفتی خود را در طول زمان حفظ می کند.
موری گفت: “اگر یک تیغه باد به مدت کافی تحت وزن خود در هوا معلق باشد، ممکن است ببینید که سفتی خود را از دست می دهد. و این می تواند یک مشکل واقعا بزرگ برای سایر سیستم های رزین باشد.”
موری ادامه داد: «و به لطف شیمی منحصربه‌فردش، ما توانسته‌ایم نشان دهیم که ماده PECAN در آزمایش‌های خزش بسیار خوب عمل می‌کند».
مانند تقریباً هر چیزی، توربین های بادی برای همیشه دوام نمی آورند. و هنگامی که آنها به پایان عمر عملیاتی خود رسیدند، بازیافت اجزای آنها بخش اساسی ایجاد یک صنعت انرژی بادی پایدار است.
رزین PECAN در رده بازیافت پذیری نیز در رتبه اول قرار دارد. تولیدکنندگان می‌توانند آن را با استفاده از حداقل انرژی یا تجهیزات و بدون مواد شیمیایی خشن و نامطلوب، آن را دپلیمریزه کنند (یا تجزیه کنند).
موری گفت: «این بدان معناست که تیغه‌های ساخته شده با رزین PECAN پتانسیل بازیافت در محل از کار انداختن مزرعه بادی را دارند که می‌تواند انتشار پره‌ها را به حداقل برساند و چرخه عمر هر توربین را بیشتر کربن‌زدایی کند.»
البته این اتفاقی نیست. تیم NREL به دقت رزین را طوری طراحی کرد که از شبکه ای از پیوندهای شیمیایی خاص (به نام پیوندهای استری) تشکیل شده باشد، که می تواند با مواد شیمیایی ایمن و مقرون به صرفه شکسته شود و به سهولت بازیافت مواد کمک کند.
موری خاطرنشان کرد که تحقیقات پشت رزین PECAN به دلیل منابع و امکانات تحقیقاتی بی‌نظیر NREL، مانند تأسیسات آموزشی و فناوری ساخت کامپوزیت، امکان‌پذیر شد.
موری گفت: «در NREL، ما همه چیز از دانشمندان متخصص بیوپلیمر گرفته تا قابلیت‌های آزمایشی پیشرفته را در یک مکان داریم. این به ما این امکان را می‌دهد که کل فرآیند تحقیق را ساده‌سازی کنیم و این رزین را از شیمی مفهومی به تیغه‌ای واقعی در عرض چند سال برسانیم، چیزی که تقریباً ناشناخته است.
در مرحله بعد، تیم قصد دارد یک تیغه بزرگتر با رزین PECAN تولید کند که به آنها اجازه می دهد تا قبل از آماده شدن رزین به بازار، آزمایش های ساختاری بیشتری انجام دهند.
اگر همه چیز خوب پیش برود، تیم امیدوار است که رزین آنها بتواند جایگزین آسانی برای مواد فعلی توربین بادی باشد. و این راه حلی است که صنعت انرژی بادی مطمئناً اشتها آور خواهد بود.
