Группа исследователей из Каунасского технологического университета (КТУ) и Литовского энергетического института предложила метод переработки лопастей ветряных турбин. Используя пиролиз, они разделили композитные материалы на составные части, то есть на фенол и волокно. По словам ученых, добытые материалы можно использовать повторно, а процесс практически безотходный.
Лопасти ветряных турбин, изготовленные из армированного стекловолокном полимера (GFRP), могут служить до 25 лет. После этого они попадают на свалки - стеклопластик признан трудноразлагаемым. Это стало настоящим вызовом для индустрии возобновляемых источников энергии.
По оценкам, на лопасти ветряных турбин приходится 10% отходов композитных материалов, армированных волокном в Европе. Исследователи утверждают, что к 2050 году количество отходов лопастей ветряных турбин увеличится примерно до двух миллионов тонн во всем мире. Поскольку многие страны запрещают использование композитных материалов на своих свалках, утилизация использованных лопастей ветряных турбин становится проблемой, которую исследователи всего мира пытаются решить.
Цель сократить глобальные выбросы парниковых газов почти до нуля к 2050 году была озвучена несколько лет назад. С тех пор все больше и больше стран стремятся к нулевому уровню выбросов, инвестируя в возобновляемые источники энергии, включая энергию ветра. Тем не менее, переработка лопастей ветряных турбин, которые имеют длину с футбольное поле, очень прочные и содержат пластик, является основной проблемой. Без реального решения этой проблемы мы не можем сказать, что энергия ветра полностью устойчива. и безвредны для окружающей среды», - говорит доктор Сэми Юсеф, научный сотрудник Каунасского технологического университета (KTU), факультет машиностроения и дизайна.
Стремясь решить эту проблему, исследовательская группа, возглавляемая доктором Юсефом, провела несколько экспериментов по разложению стеклопластика на составные части.
Безотходная переработка
Благодаря своей прочности, простоте формования и низким затратам на производство композиты GFRP используются для множества целей - для производства автомобилей, морских судов, добычи нефти и газа, строительства, спортивных товаров и многого другого. Авиастроение, ветроэнергетика и электроника входят в число отраслей, в которых стеклопластик используется больше всего, при этом мировой спрос ежегодно увеличивается на 6 процентов.
Композиты GFRP, используемые во многих отраслях промышленности, включая производство лопастей ветряных турбин, являются либо термореактивными, либо термопластичными. В любом случае они примерно состоят только из двух компонентов - волокна и смолы (в некоторых случаях с различными добавками микро- или наночастиц). Что касается волокна, то это обычно углеродное волокно или стекловолокно (последнее дешевле)», - объясняет доктор Юсеф.
В ходе экспериментов исследовательская группа применяла пиролиз (в присутствии цеолитных катализаторов и без) к различным партиям композитов - термореактивных стеклопластиков и термопластов стекловолокна - измеряя извлечение фенола (основной компонент в производстве фенольных смол и производство нейлона и других синтетических волокон) в каждом случае. После этого они анализировали основное сырье из каждой партии. Исследователи также оценили влияние наночастиц добавок (например, технического углерода) на выход полезных компонентов.
Хотя выход компонентов, извлекаемых при пиролизе, различается в зависимости от применяемых температур, непосредственные измерения показали, что во всех случаях многочисленные летучие соединения (до 66 процентов) и остатки волокон (около 30 процентов) были извлечены. Добавленные наночастицы волокна (углеродные нанотрубки и графен) увеличили выход фенола.
Летучими компонентами в основном является фенол, который может быть использован для дальнейшего производства смолы, а остаток волокна может иметь множество применений после его химической очистки - для фибробетона, полимерных композитов, напольных покрытий из волокна. Наш метод практически безотходный с небольшими выбросами, что является стандартным для такого рода конверсии», - говорит Юсеф.
Для продолжения исследований требуется настоящая лопасть ветряной турбины
Эксперименты проводились с использованием образцов, приготовленных в лаборатории, которые имели составы, аналогичные тем, которые используются для изготовления лопастей ветряных турбин, а не сами лопасти ветряных турбин. Поэтому, отмечает д-р Юсеф, необходимо оценить влияние лакокрасочного покрытия, которым покрыты настоящие лопатки турбины, на результаты. Однако он считает, что это не будет иметь существенного значения.
«Конечно, мы были бы рады получить изношенную лопасть ветряной турбины, которая больше не может быть использована, и провести наши эксперименты с образцами, полученными из реального объекта», - говорит Юсеф.
В настоящий момент исследовательская группа создает модель, которая позволит масштабировать и рассчитывать более широкое экономическое и экологическое влияние результатов.
Это исследование является одним из нескольких, проведенных одной и той же исследовательской группой, которые сосредоточены на практической реализации принципов экономики замкнутого цикла. В прошлом году их эксперимент по преобразованию ворсинок из микроволокна в энергию получил широкое международное внимание.
Мы развиваем исследования по многочисленным темам, связанным с изменением климата, извлечением чистой энергии (H2 и CH4) с использованием мембранной технологии и переходом к экономике замкнутого цикла, поскольку эти темы тесно связаны с будущим нашей планеты, - говорит доктор Юсеф.