Делаем ветроэнергетику еще более экологичной

Oct 14, 2023

На дворе 2035 год. В мире, столкнувшемся с климатической катастрофой, человеческое предприятие питается полями ветряных электростанций, лопасти турбин которых сделаны из быстрорастущих трав и корней миллионолетнего гриба.

Это может звучать как сцена из фантастического фильма о климате, но эксперт по полимерным композитам Валерия Ла Сапонара, профессор кафедры машиностроения и аэрокосмической техники Калифорнийского университета в Дэвисе, мечтает разработать биоразлагаемые, экологически чистые лопасти ветряных турбин из бамбука и мицелия. , грибная корневая система, на которой растут грибы. Благодаря стартовому финансированию от стратегического видения исследований следующего уровня Инженерного колледжа и гранту Фонда зеленой инициативы Калифорнийского университета в Дэвисе, поддерживающему начальный этап исследований, Ла Сапонара, со-руководитель Мишель Барбато из Департамента гражданского и экологического проектирования и разнообразная группа студентов и исследователей в лаборатории исследований, инженерии и науки передовых композитов тестирует прототип на территории кампуса.

Ветер — один из наиболее быстрорастущих источников возобновляемой энергии в Калифорнии и во всем мире. Это ключевая часть пути Калифорнии к углеродной нейтральности к 2045 году. Китай, на долю которого приходится более половины мировой ветроэнергетики, планирует построить ветряную электростанцию, которая сможет обеспечить электроэнергией 13 миллионов домов к 2025 году, стремясь к достижению своей чистой мощности к 2060 году. нулевая цель.

Растущая роль ветра во многом является хорошей новостью. Но по мере роста этого ключевого источника возобновляемой энергии необходимо экологически безопасное решение проблемы экспоненциально растущего числа ветряных лопастей, отправляемых на свалки. Лопасти ветряной турбины огромны: средний диаметр ротора в США в 2021 году составлял 418 футов, поэтому размер одной лопасти почти такой же большой, как размах крыльев Боинга 747. Лопасти рассчитаны на устойчивость к сильному ветру и погодным условиям. Срок службы лопастей составляет около 20 лет, прежде чем они будут выведены из эксплуатации или заменены. Большинство из них построены с использованием композитной структуры из стекловолокна и эпоксидной смолы, построенной поверх пробкового дерева, что добавляет устойчивости и гибкости. Варианты переработки очень ограничены, дорогостоящи и влекут за собой дополнительные выбросы углекислого газа при транспортировке.

Большинство лопастей ветряных турбин оказываются на свалках. Согласно недавнему исследованию, только в США к 2050 году, по прогнозам, более 2 миллионов тонн списанных лезвий будут отправлены на свалки; Во всем мире масса всех лопастей, которые, как ожидается, будут выведены из эксплуатации к 2050 году, может достигать 43 миллионов метрических тонн. Использование пробкового дерева оказывает дополнительное разрушительное воздействие на окружающую среду. Быстрый рост ветроэнергетической отрасли привел к чрезмерному затоплению тропических лесов Амазонки в Эквадоре, что привело к бесконтрольной вырубке лесов и социальному ущербу общинам коренных народов в регионе. Некоторые производители переходят на ПЭТ-пластики, увеличивая количество миллионов тонн ПЭТ-отходов в окружающей среде.

Для Ла Сапонары загрязнение ветровых лопастей является острой проблемой.

«Мы хотим иметь чистую энергию, но чистая энергия не может загрязнять окружающую среду и не может вызывать вырубку лесов», — сказал Ла Сапонара. «Если мы занимаемся экологически чистой энергетикой, то это не вырубка тропических лесов Амазонки. Мы хотим быть хорошими гражданами для всех».

Ла Сапонара представляет собой компостируемую лопасть ветряной турбины, изготовленную из плетеного бамбука, мицелия и биомассы из сельскохозяйственных отходов Центральной долины Калифорнии вместо стекловолокна и пробкового дерева. Впервые она начала работать с мицелием в 2019 году, когда искала альтернативу ископаемому пластику, используемому в подкладках велосипедных шлемов. Мицелий является удивительно универсальным веществом, и лаборатория Ла Сапонары исследует возможности его использования в качестве малотоксичной, компостируемой альтернативы неразлагаемым материалам, таким как полиуретан и акрил, с низким уровнем выбросов углекислого газа.

Масштабирование проекта, такого большого и сложного, как лопасти ветряной турбины, — это шаг следующего уровня, требующий тесного сотрудничества.

«Проект стремительно развивается», — пошутила Ла Сапонара. «Создание этого дизайна требует работы сразу нескольких дисциплин».