Новый метод обеспечивает простой и экологичный способ переработки лопастей ветряных турбин

Новый метод переработки лопастей ветряных турбин без использования агрессивных химикатов позволил получить высокопрочные стеклянные волокна и смолы, что дало исследователям из Университета штата Вашингтон возможность использовать эти материалы для создания более прочных пластмасс.

Инновация обеспечивает простой и экологичный способ переработки лопастей ветряных турбин для создания полезных продуктов.

Как сообщается в журнале «Ресурсы, охрана окружающей среды и переработка отходов», группа исследователей разрезала лёгкий материал, который обычно используется в лопастях ветряных турбин, называемый полимером, армированным стекловолокном (GFRP), на блоки размером примерно два дюйма. Затем они замочили хлопья в ванне с малотоксичной органической солью в перегретой воде под давлением примерно на два часа, чтобы расщепить материал. Затем они использовали его компоненты для изготовления более прочных пластмасс.

«Это работает очень хорошо, особенно учитывая щадящие условия, которые мы применяли, — сказал Чэн Хао, бывший аспирант Школы машиностроения и материаловедения и соавтор статьи. — Растворитель является экологически безопасным, а температура подходит для этой цели».

Материал GFRP традиционно очень сложно перерабатывать. В то время как термопласты, из которых делают бутылки для молока, можно расплавить и легко использовать повторно, композиты из стекловолокна обычно делают из термореактивных материалов. Такие композиты затвердевают, и их нельзя легко разобрать и вернуть к исходному состоянию.

Первое поколение современных ветряных турбин, изготовленных из композитных материалов в 1990-х годах, подходит к концу своего срока службы, что создаёт серьёзные проблемы с утилизацией. Материал, армированный стекловолокном, составляет около двух третей от общего веса лопасти ветряной турбины. Кроме того, при изготовлении лопастей около 15% материала также расходуется впустую.

«По мере роста популярности ветряной энергетики переработка и повторное использование отходов ветряных турбин становится всё более актуальной задачей, — сказал Цзиньвэнь Чжан, соавтор исследования и профессор Школы машиностроения и материаловедения. — Этот метод переработки является масштабируемым, экономически эффективным и экологически безопасным, обеспечивая устойчивое решение для повторного использования большого количества отходов, армированных стекловолокном».

В ходе своей работы исследователи пропитывали материал лопасти слабым раствором ацетата цинка, который используется в медицине, например, в леденцах от боли в горле и пищевых добавках. Слабый раствор позволил исследователям восстановить стеклянные волокна и смолы в хорошем состоянии, которые они затем добавили непосредственно в термопласты для получения прочных композитных материалов, содержащих до 70% переработанных стеклянных волокон. Более того, исследователи смогли восстановить и повторно использовать большую часть раствора ацетата цинка путём простой фильтрации.

«Лёгкость восстановления катализатора повышает общую экологичность и экономическую эффективность метода», — сказал Чжан, который проводит исследования в Центре композитных материалов и инженерии.

Когда исследователи добавили переработанный материал в нейлоновый пластик и протестировали его, они обнаружили, что дополнительные волокна сделали нейлон более чем в три раза прочнее и более чем в восемь раз жёстче. Они также обнаружили, что переработанный материал GFRP может укреплять другие виды пластика, такие как полипропилен и пластик, из которого делают бутылки для молока и шампуни.

«Для этой работы нам не нужно было полностью разрушать все связи и доводить реакцию до конца, — сказал Баомин Чжао, соавтор исследования и доцент Центра композитных материалов и инженерии. – Пока мы можем разделять сшитую сеть на более мелкие фрагменты, которые можно расплавить, мы можем соединить их с нейлоном и получить новый композит. Мы не отделяем смолу от волокна — мы просто смешиваем всё с нейлоном и получаем новый композит».

Исследователи продолжают изучать, как ещё больше упростить химические условия для переработки, снизив требования к давлению. Работая с отделом коммерциализации WSU, они также надеются разработать материалы для лопастей, которые можно будет полностью перерабатывать.

Источник: Tech Xplore