QAZAQ GREEN. Исследователи из Инженерного колледжа Вирджинского политехнического института разрабатывают новые методы 3D-печати с использованием перерабатываемого материала для улучшения экологического следа производства лопастей ветряных турбин.

Для реализации проекта потребовалось сотрудничество междисциплинарных команд, состоящих из ученых Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) и TPI Composites, компании из Аризоны, которая занимается производством композитных лопастей уже более двух десятилетий.

«Исследователи создали инновационные методы 3D-печати и новые перерабатываемые материалы для улучшения экологического следа производства лопастей ветряных турбин», - говорится в пресс-релизе университета, опубликованном на прошлой неделе.

По данным Геологической службы США, средняя ветряная турбина, работающая всего 46 минут, может вырабатывать достаточно электроэнергии, чтобы обеспечить энергией американский дом в течение всего месяца.

Эта технология уже превзошла гидроэлектростанции, став крупнейшим производителем возобновляемых источников энергии в стране.

Однако, несмотря на то, что ветряные турбины вырабатывают энергию без выбросов CO2, сама технология далека от экологической чистоты. Лопасти ветряных турбин изготавливаются из неперерабатываемого материала, что приводит к образованию большого количества отходов по окончании их срока службы.

Более того, существующие методы производства требуют изготовления компонентов турбины в местах, удаленных от места установки, и использования транспорта, работающего на ископаемом топливе, прежде чем их можно будет собрать вместе и начать генерировать чистую, «зеленую» энергию. Как 3D-печать может помочь?

В рамках инициативы Министерства энергетики США по повышению экологической устойчивости производства возобновляемых источников энергии, исследователи лаборатории DREAMS (Design, Research, and Education for Additive Manufacturing Systems) разработали новый подход к 3D-печати и вычислительному проектированию для изготовления лопастей турбин из высокопрочного термопластичного материала.

Новый подход позволяет печатать объекты, которые больше самого принтера. Что еще более важно, печать может осуществляться ближе к местам установки, что сокращает время и энергию, затрачиваемые на транспортировку компонентов с крупных производственных объектов.

Под руководством Криса Уильямса, профессора кафедры машиностроения, команда также использовала методы оптимизации конструкции для повышения прочности и эффективности печатаемого материала.

Перерабатываемый полимер

Производители оборудования, такие как Siemens, начали использовать перерабатываемые компоненты в процессе производства лопастей, чтобы сделать ветряные турбины более экологичными. Однако исследователи из Virginia Tech пошли дальше и использовали совершенно новый материал, который полностью подлежит вторичной переработке.

«Таким образом, если лопасти будут повреждены или достигнут конца своего срока службы, мы сможем измельчить их, переработать и снова напечатать на 3D-принтере новые лопасти», - сказал Майкл Бортнер, профессор кафедры химической инженерии, в пресс-релизе.

Новый полимерный композитный материал команды обладает свойствами композитов, армированных стекловолокном, но при этом подлежит вторичной переработке.

Группа сотрудничает с NREL и TPI, чтобы изучить, как эту технологию можно внедрить в реальные приложения и сделать возможной 3D-печать лопастей ветряных турбин в США. Аэродинамическая труба университета также поможет провести аэроакустические измерения лопастей турбин.

Сотрудничество направлено не только на повышение экологической устойчивости технологии ветряных турбин. «Нам нужно начать искать более практичные и менее дорогие способы использования возобновляемых источников энергии. Разрабатывая технологии для снижения энергетических затрат, эта экономия в конечном итоге дойдет до обычного потребителя», - добавил Бортнер в пресс-релизе.