Aktualności
Badania
27 Maja
Fot. Adam Paczkowski
Opublikowano: 2021-05-27

Drugie życie bardzo trwałych materiałów

Nad metodą recyklingu konstrukcji z niezwykle trwałych materiałów, m.in. śmigieł turbin elektrowni wiatrowych czy kadłubów statków, pracują naukowcy z Politechniki Koszalińskiej. Chcą z tych materiałów produkować płyty budowlane, zbiorniki na gaz albo wyposażenie pojazdów.

Siłownie wiatrowe już na trwałe wpisały się w krajobraz wielu regionów. O zaletach produkowanej w ten sposób energii nie trzeba nikogo przekonywać. Wyzwanie stanowi natomiast zagospodarowanie wyeksploatowanych turbin. Chodzi w szczególności o zużyte śmigła. To konstrukcje wyprodukowane z niezwykle trwałych materiałów (starsze śmigła są wykonane głównie z kompozytów epoksydowo-szklanych, nowsze – z kompozytów z udziałem włókien węglowych).

Problem jest niebagatelny, bo średnica turbiny elektrowni wiatrowej może mierzyć ponad 100 metrów (największa na świecie turbina lądowa ma 158 metrów, morska Haliade-X, zainstalowana w porcie w Rotterdamie, ma 220 m średnicy) i ważyć ponad 100 ton. Ciężar 3 śmigieł turbiny Haliade-X to 165 ton.

W Polsce elektrownie wiatrowe pojawiły się stosunkowo późno. Wycofywanie z eksploatacji najstarszych urządzeń to więc wciąż odległa perspektywa. Utylizacji wymagają na razie jedynie uszkodzone śmigła. Większy kłopot jest w Europie Zachodniej, zwłaszcza w Niemczech, gdzie żywotność i ekonomiczna opłacalność najwcześniej zamontowanych elektrowni wiatrowych powoli dobiega końca. Momentem przełomowym ma być w Niemczech obecny rok. Właśnie kończy się dwudziestoletni okres rządowego dotowania pierwszych turbin objętych programem wsparcia. W najbliższym czasie trzeba tam wymienić na nowsze wszystkie turbiny pierwszej generacji. Szacuje się, że problem może dotyczyć 30 tys. turbin wiatrowych, co daje łącznie 70 tys. ton odpadów pochodzących z samych łopat śmigieł. Optymalnego pomysłu na zagospodarowanie surowca jeszcze nie ma.

Podobnie w USA. Tam na razie zużyte śmigła po prostu zakopuje się w wyznaczonych miejscach w ziemi. Na wysypisku Casper w stanie Wyoming leży 870 łopat, które są sukcesywnie zasypywane. Podobnie jest w Lake Mills w stanie Iowa oraz Sioux Falls w Dakocie Południowej. Szacuje się, że przez najbliższe cztery lata w USA trafi na wysypiska około 8 tys. łopat z elektrowni wiatrowych. A w ciągu 20 lat amerykańscy przedsiębiorcy będą musieli poradzić sobie z 720 tys. ton odpadów z turbin wiatraków.

Wiele ośrodków na świecie prowadzi prace dotyczące zagospodarowania surowców ze zużytych śmigieł. W badania zaangażowali się także naukowcy z Politechniki Koszalińskiej. Pod kierunkiem dr. hab. inż. Tomasza Rydzkowskiego, prof. PK z Wydziału Mechanicznego badają m.in. w jaki sposób zagospodarować rozdrobnione kompozyty z włóknem szklanym oraz odzyskiwane włókna węglowe. Obiecujące wyniki dały próby wytworzenia płyt i belek z połączenia tych włókien z odpadami drzewnymi i żywicą. Doświadczenia dotyczą także wykorzystania rozdrobnionych fragmentów śmigieł w postaci słomki epoksydowo-szklanej. Po połączeniu z rozdrobnionym drewnem i żywicami uzyskano z nich drewnopochodne płyty i belki.

Takie materiały mogą być wykorzystywane jako wytrzymałe elementy konstrukcyjne, ale także jako materiały dekoracyjne – wyjaśnia prof. Rydzkowski.

Od blisko dwóch lat Politechnika Koszalińska współpracuje z firmą Anmet ze Szprotowy, która wdraża pionierskie metody zagospodarowania surowców pochodzących z recyklingu. Firma ma doświadczenie we współpracy ze specjalistami z różnych uczelni. Inspiruje ich do badań nad zastosowaniem odzyskiwanych materiałów pochodzących przede wszystkim z wycofanych z eksploatacji turbin wiatrowych. Wspólnie z Politechniką Warszawską opracowała metodę odzyskiwania włókien węglowych. Efektem tej współpracy jest zgłoszenie patentowe.

Całkiem niedawno z dwóch zdemontowanych śmigieł wiatrowych firma wyprodukowała 23-metrowy most, który zostanie zamontowany na rzece Szprotawa. Z inicjatywy Anmetu pocięte fragmenty śmigieł zostały użyte także jako umocnienia drogowe. Z fragmentów śmigieł firma wytwarza też elementy małej architektury (ławki, wiaty, stacje rowerowe). Ta metoda zagospodarowania surowca jest z kolei efektem współpracy z Uniwersytetem Zielonogórskim. Być może takie przedmioty pojawią się wkrótce także na terenie Politechniki Koszalińskiej.

Na razie dobrze wypadły doświadczenia dotyczące wytwarzania płyt z rozdrobnionych włókien poliestrowo-szklanych połączonych z betonem. Powstał bardzo mocny i wytrzymały materiał, który może znaleźć zastosowanie w budownictwie (np. jako płyty do układania stropów). Z kolei włókna węglowe mogą one być wykorzystywane w przemyśle motoryzacyjnym oraz przy produkcji maszyn i urządzeń rolniczych. Można ich ponadto użyć do wytwarzania sprzętu sportowego (ta branża wymaga lekkich i wytrzymałych materiałów).

Ciekawym przeznaczeniem odzyskanych włókien węglowych może być też produkcja zbiorników na gaz. To bardziej bezpieczne zbiorniki niż tradycyjne, metalowe. W razie awarii nie wybuchają, a ulegają rozszczelnieniu. Można je wytwarzać np. jako zbiorniki paliwa LPG do aut, a także na potrzeby straży pożarnej oraz jako sprzęt paintballowy – dodaje prof. Rydzkowski.

Recykling zużytych turbin wiatrowych stał się już tematem rozprawy doktorskiej mgr inż. Anny Czajkowskiej, studentki Szkoły Doktorskiej Politechniki Koszalińskiej.

Okazuje się zresztą, że problem z recyklingiem dotyczy także zupełnie innego sprzętu – elementów infrastruktury portowej i wyeksploatowanych kadłubów statków (np. okrętów marynarki wojennej). Są one wykonane z podobnych kompozytów jak śmigła turbin wiatrowych. Cumujące w portach jednostki zabezpieczane są odbijaczami – fenderami, które, ulegając ścieraniu, zanieczyszczają wodę i zagrażają morskiej faunie. To pogłębia i tak potężny problem zanieczyszczeń (szacuje się, że co najmniej 10 mln ton odpadów z tworzyw sztucznych wpada co roku do wód morskich i oceanicznych).

Naukowcy z PK opracowują materiał na odbijacze i inne elementy statków, który w środowisku morskim będzie ulegał częściowej biodegradacji. W badanym przypadku w skład kompozytów wchodzą poliolefiny, rozdrobnione drewno oraz biopolimer (polilaktyd PLA). Tematyka ta znajduje się w zakresie pracy doktorskiej realizowanej przez mgr Jolantę Wróblewską-Krepsztul, studentkę studiów III stopnia na Wydziale Mechanicznym. Naukowcy są już po pierwszych badaniach laboratoryjnych. Część materiałów, przymocowana do jednego z promów, przez rok pływała po Bałtyku. Część próbek znajdowała się w specjalnych komorach degradacyjnych, w warunkach zbliżonych do tych, które panują w wodzie morskiej (bałtyckiej i oceanicznej). W tej chwili trwa analiza wyników badań.

źródło: PK

Dyskusja (0 komentarzy)