Лопасти ветряных турбин, изготовленные из слоистых композитов из армированного стекловолокном полимера (GFRP), могут служить до 25 лет. После этого они попадают на свалки - стекловолокно признано трудноразрушаемым. Это стало настоящей проблемой для индустрии возобновляемых источников энергии.

Подсчитано, что на лопасти ветряных турбин приходится 10% отходов композитных материалов, армированных волокнами, в Европе. Исследователи утверждают, что к 2050 году количество отходов лопастей ветряных турбин в мире увеличится примерно до двух миллионов тонн. Поскольку многие страны запрещают вывозить композитные материалы со своих свалок, переработка использованных лопастей ветряных турбин становится проблемой, которую пытаются решить исследователи по всему миру.

"Цель сокращения глобальных выбросов парниковых газов почти до нуля к 2050 году была озвучена несколько лет назад. С тех пор все больше и больше стран стремятся к достижению цели "чистого нуля", инвестируя в возобновляемые источники энергии, включая энергию ветра. Однако главной проблемой является утилизация лопастей ветряных турбин, которые имеют длину с футбольное поле, очень прочны и состоят из пластика. Без реального решения этой проблемы мы не можем сказать, что энергия ветра полностью устойчива и безвредна для окружающей среды", - говорит доктор Сами Юсеф, научный сотрудник Каунасского технологического университета (KTU), факультет машиностроения и дизайна.

Стремясь решить эту проблему, исследовательская группа, возглавляемая доктором Юсефом, провела несколько экспериментов, связанных с разложением стекловолокна на его составные части.

Безотходная переработка

Благодаря своей прочности, простоте формования и низким производственным затратам композиты из стекловолокна 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, которые больше всего используют стекловолокно, при этом мировой спрос ежегодно увеличивается на 6 процентов.

"Композиты из стекловолокна, используемые во многих отраслях промышленности, включая производство лопаток 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 обычно это углеродное волокно или стекловолокно (последнее дешевле)", - объясняет доктор Юсеф.

В ходе экспериментов исследовательская группа применяла пиролиз (в присутствии цеолитных катализаторов и без них) к различным партиям композитов - термореактивного стекловолокна и термопластичного стекловолокна - измеряя извлечение фенола (основного компонента в производстве фенольных смол и производстве нейлона и других синтетических волокон) в каждом случае. После этого они анализировали основное сырье из каждой партии. Исследователи также оценили влияние, которое наночастицы добавок (такие как технический углерод) могут оказывать на выход полезных компонентов.

Хотя выход компонентов, извлеченных в процессе пиролиза, различается в зависимости от применяемых температур, предварительные измерения показали, что во всех случаях были извлечены многочисленные летучие соединения (до 66%) и остатки волокон (около 30%). Добавленные волокнистые наночастицы (углеродные нанотрубки и графен) увеличили выход фенола.

"Летучие компоненты в основном представляют собой фенол, который может быть использован для дальнейшего производства смолы, а остаток волокна после его химической очистки может найти множество применений - для армированного волокнами бетона, полимерных композитов, волокнистых напольных покрытий. Наш метод практически безотходный, с небольшими выбросами, что является стандартом для такого рода конверсионных операций", - говорит Юсеф.

Нужна настоящая лопасть ветряной турбины для продолжения исследований

Эксперименты проводились с использованием образцов, подготовленных в лаборатории, которые имели составы, аналогичные тем, которые использовались для изготовления лопастей ветряных турбин, а не самих лопастей ветряных турбин. Поэтому, отмечает доктор Юсеф, необходимо оценить влияние лакокрасочного покрытия, которым покрыты настоящие лопатки турбины, на результаты. Однако он считает, что это не будет значительным.

"Мы, конечно, были бы рады получить изношенную лопасть ветряной турбины, которую больше нельзя использовать, и провести наши эксперименты с образцами, полученными с реального объекта", - говорит Юсеф.

В настоящий момент исследовательская группа создает модель, которая позволила бы масштабировать и рассчитать более широкое экономическое и экологическое воздействие результатов.

Это исследование является одним из нескольких, проведенных той же исследовательской группой, которые сосредоточены на практической реализации принципов циркулярной экономики. В прошлом году их эксперимент по превращению ворсистого микроволокна в энергию привлек широкое международное внимание.

"Мы развиваем исследования по многочисленным темам, связанным с изменением климата, извлечением чистой энергии (H2 и CH4) с использованием мембранных технологий и переходом к экономике замкнутого цикла, поскольку эти темы тесно связаны с будущим нашей планеты", - говорит д-р Юсеф.