Cuando las palas de las turbinas eólicas se retiran de servicio, generalmente se desechan y se tiran al vertedero porque no se pueden reciclar . Solo en los Estados Unidos durante los próximos cuatro años, ese será el destino de más de 8.000 cuchillas.
A medida que aumenten las instalaciones eólicas, también lo hará ese número. Se debe a que la mayoría de las hojas están fabricadas con epoxi u otras resinas termoendurecibles. Por eso, los investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) están utilizando una resina termoplástica, desarrollada por Arkema Inc., que se puede recalentar y, por lo tanto, reciclar.
Hay más. Se necesita menos tiempo y menos calor para construir las cuchillas . Se pueden fabricar en el sitio, lo que reduce aún más los costos . Las cuchillas pueden ser más fuertes, más ligeras, más largas y más fáciles de reparar..
Y la combinación de termoplásticos y soldadura térmica también significa que estas hojas funcionan bien incluso en agua de mar, abriendo la puerta a una primera generación de aplicaciones de energía marina submarina .
En enero de este año, había casi 1,5 millones de automóviles eléctricos circulando por las carreteras de EE. UU., Reciclamos o hacemos abono orgánico con aproximadamente el 35% de nuestros desechos ( Agencia de Protección Ambiental ) y aproximadamente el 20% de la generación de energía de EE. UU. Proviene de fuentes renovables ( EE . UU. Administración de Información Energética ).
Según la Asociación Estadounidense de Energía Eólica, la generación de energía eólica ha crecido en 7,3 gigavatios (GW) de capacidad instalada por cada año de la última década . Y, a partir de 2019, había aproximadamente 96 GW de capacidad eólica instalada en los Estados Unidos y 591 GW en todo el mundo .
Si bien la expansión de las energías renovables es sin duda un cambio positivo, no toda la energía renovable es renovable de principio a fin .
Las cuchillas de hoy no se pueden reciclar
Un artículo reciente de Bloomberg News avivó la preocupación al centrar la atención en Casper, Wyoming, hogar de un cementerio de casi 900 palas de turbinas eólicas .
El vertedero municipal de Casper sirve como lugar de descanso final para las palas gastadas, cuyo volumen ha ido creciendo exponencialmente a medida que continúa la sólida expansión de la energía eólica. El artículo sugirió que solo en los próximos cuatro años, Estados Unidos desmantelará más de 8.000 palas .
Mientras que otras partes de la turbina eólica se pueden reutilizar o reciclar, las palas tal como están construidas actualmente no pueden serlo . Un estudio encontró que cada megavatio de capacidad instalada equivale a 9,6 toneladas métricas de desechos compuestos . 2
Esto plantea un desafío importante en la etapa final de vida útil de las hojas, tanto desde el punto de vista medioambiental como económico.
A medida que se multiplica la colección de palas fuera de servicio, surge la pregunta: ¿A dónde irán?
Construyendo una mejor hoja usando resina termoplástica
Los investigadores de NREL y sus socios vieron una oportunidad dentro del desafío.
El aprovechamiento de una vasta riqueza de experiencia en la investigación fundamental de la energía eólica, el desarrollo y la validación, los investigadores del NREL establecieron una aproximación a la fabricación de palas de aerogeneradores, que emplea un sistema de resina termoplástica desarrollado por Arkema Inc .
Una cuchilla como de costumbre se construye generalmente con epoxi u otras resinas termoendurecibles . Estos tipos de materiales son difíciles y costosos de reciclar . Debido a estos desafíos, las cuchillas termoendurecibles gastadas están casi garantizadas para terminar en un vertedero.
El sistema de resina termoplástica es un desarrollo potencialmente innovador porque permite que las palas de la turbina se reciclen al final de su vida útil.
Y no es solo la reciclabilidad lo que distingue a estas cuchillas de próxima generación.
Con soldadura térmica
“Emplear un sistema de resina termoplástica, incluida la soldadura térmica , es la respuesta para construir palas de turbinas eólicas reciclables, más largas y de menor costo ”, explicó la investigadora de NREL Robynne Murray .
“Es la capacidad de utilizar este termoplástico infusible en los mismos procesos que utilizan actualmente los fabricantes de cuchillas lo que hace que esta resina sea diferente de otros termoplásticos que se utilizan ampliamente en otras industrias”, dijo Murray.
Estas resinas termoplásticas permiten un proceso de fabricación que permite que las palas de las turbinas eólicas sean recicladas al final de su vida útil y también reduce el tiempo, el costo y la energía involucrados en la fabricación .
Los principales impulsores del costo de las cuchillas son los materiales y la mano de obra directa.
La producción de cuchillas termoplásticas permite una reducción en los costos de mano de obra debido a su ciclo de curado más rápido en comparación con la resina termoendurecible / epoxi.
Menos calor
Además, debido a que los termoplásticos no requieren calor para curar , los costos de equipo y mano de obra son más bajos de lo que serían para la hoja de epoxi habitual en la que se requerirían herramientas calentadas o un horno de curado posterior.
Además, las hojas termoplásticas se pueden unir térmicamente, en lugar de depender de uniones adhesivas . Las hojas pueden potencialmente hacerse más fuertes y ligeras , y también pueden repararse más fácilmente en comparación con la hoja normal.
Fabricación in situ
El sistema de resina termoplástica allana el camino para la fabricación in situ de palas, de modo que se pueden construir palas más grandes con costos de transporte mucho más bajos .
Y, como si estas razones no fueran una prueba suficiente del valor de los termoplásticos y la soldadura térmica, estas hojas también funcionan bien cuando están saturadas con agua de mar, lo que abre la puerta a innumerables aplicaciones de energía marina .
¿Otra aplicación futura? Energía marina
La energía marina es la ola del futuro, por así decirlo, aunque los compuestos termoplásticos aún no se han validado a escala completa y en condiciones de funcionamiento sumergidas realistas .
Los investigadores de NREL están trabajando para cambiar esto.
NREL es uno de los pocos laboratorios con capacidad y capacidades para fabricar blades a gran escala para su uso en tales entornos y aplicaciones.
Los investigadores pueden producir las hojas compuestas en las instalaciones de tecnología y educación de fabricación de compuestos y realizar una validación estructural a gran escala en las hojas en el laboratorio de tecnología estructural de NREL .
A medida que la energía eólica continúa su ascenso meteórico y la industria de la energía marina se moja los pies, es esencial que el ciclo de vida de las turbinas permanezca al frente y en el centro de estas industrias, para que no caigan presa de consecuencias no deseadas, como toneladas y toneladas de basura de turbinas.
En colaboración con socios de la industria, los investigadores de NREL están trabajando para llevar al mercado estas hojas y procesos innovadores y reciclables.
El trabajo pionero en termoplásticos de NREL está ayudando a cerrar el círculo, asegurando que las hojas de hoy se conviertan también en las hojas del mañana.
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