Investigadores de NREL (National Renewable Energy Laboratory) buscan desarrollar una pala de turbina eólica reciclable empleando resina termoplástica avanzada, que en última instancia conduciría al sector a ser más ecológico, a reducir los costos de fabricación y por último a incrementar la durebilidad de las aspas
Según la Asociación Estadounidense de Energía Eólica (American Wind Energy Association, AWEA, por sus siglas en inglés), la generación de energía eólica ha crecido en 7,3 gigavatios (GW) de capacidad instalada para cada año de la última década. Y, para finales del 2019, Estados Unidos había superado los 100 GW de capacidad eólica instalada, mientras que en todo el mundo contabiliza un total de 586 GW, según IRENA.
Si bien la expansión de las energías renovables es, sin duda, un cambio positivo, no todas las energías renovables son renovables de principio a fin.
Generando energía y paralelamente el desbordamiento de los vertederos
Un reciente reporte de Bloomberg se avivó la preocupación al poner el foco en Casper, Wyoming, hogar de un cementerio para casi 900 palas de aerogeneradores.
El vertedero municipal de Casper sirve como un lugar de descanso final para las aspas gastadas, cuyo volumen ha crecido 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 cuchillas.
Figura 1. Vertedero de desechos municipales en Casper, Wyoming.
Mientras que otras partes de la turbina eólica pueden reutilizarse o reciclarse, las aspas 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. (Arias, F., 2016. Evaluación de material compuesto reforzado con fibra de lámina de viento actual / futuro desmantelado en los Estados Unidos. City College de Nueva York, Nueva York, NY).
Esto plantea un desafío significativo en la etapa final de la vida útil de las cuchillas, tanto ambiental como económicamente.
A medida que se multiplica la colección de cuchillas desarmadas, surge la pregunta: ¿a dónde irán?
Construyendo el aspa de próxima generación
Los investigadores de NREL y sus socios vieron una oportunidad dentro de este desafío.
Aprovechando una vasta experiencia en investigación, desarrollo y validación fundamental de energía eólica, los investigadores de NREL establecieron un enfoque para la fabricación de palas de turbinas eólicas, empleando un sistema de resina termoplástica desarrollado por Arkema Inc.
Una cuchilla convencional se construye generalmente de epoxi u otras resinas termoestables. Estos tipos de materiales son difíciles y costosos de reciclar. Debido a estos desafíos, las cuchillas termoestables gastadas están casi garantizadas para terminar en un vertedero.
En ese sentido, 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.
Un cambio de juego potencial
“El empleo de un sistema de resina termoplástica, incluida la soldadura térmica, es la respuesta para construir palas de aerogeneradores reciclables más largas y de menor costo”, explicó la investigadora de NREL Robynne Murray.
“Es la capacidad de usar este termoplástico infusible en los mismos procesos que usan actualmente los fabricantes de cuchillas lo que hace que esta resina sea diferente de otros termoplásticos que se usan ampliamente en otras industrias”, dijo Murray.
Estas resinas termoplásticas permiten un proceso de fabricación que permite reciclar las palas de las turbinas eólicas 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 la cuchilla 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 termoestable / epoxi.
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 cuchilla de epoxi comercial en la que se necesitarían herramientas calentadas o un horno de post-curado.
Además, las cuchillas termoplásticas pueden unirse térmicamente, en lugar de depender de enlaces adhesivos. Las cuchillas pueden hacerse más fuertes y más ligeras, y también pueden repararse más fácilmente en comparación con la cuchilla habitual.
El sistema de resina termoplástica allana el camino para la fabricación in situ de cuchillas, de modo que se puedan construir cuchillas más grandes a costos de transporte mucho más bajos.
Y, como si estas razones no fueran prueba suficiente del valor de los termoplásticos y la soldadura térmica, estas cuchillas también funcionan bien cuando están saturadas con agua de mar, abriendo la puerta a innumerables aplicaciones de energía marina.
La energía marina también tendrá su turbina de próxima generación
La energía marina es la ola del futuro, por así decirlo, aunque los compuestos termoplásticos aún no se han validado a gran escala y en condiciones de operación realistas y sumergidas.
Los investigadores de NREL están trabajando para cambiar esto.
NREL es uno de los pocos laboratorios con las capacidades para fabricar cuchillas a gran escala para su uso en tales entornos y aplicaciones.
Los investigadores pueden producir las cuchillas compuestas en la instalación de Educación y Tecnología de Fabricación de Compuestos y realizar una validación estructural a gran escala en las cuchillas 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 crece, es esencial que el ciclo de vida de la turbina permanezca al frente y al centro de estas industrias, para que no sean víctimas de consecuencias no deseadas, como toneladas y toneladas de basura.
En colaboración con socios de la industria, los investigadores de NREL están trabajando para llevar al mercado estas cuchillas y procesos innovadores y reciclables.
El trabajo pionero de termoplásticos de NREL está ayudando a cerrar el círculo, asegurando que las cuchillas de hoy también se conviertan en las cuchillas de mañana.
Para más información visite: NREL
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