Οι ακραίες συνθήκες χρειάζονται ακραίες λύσεις. Γι' αυτό τα τεράστια πτερύγια που οδηγούν τις ανεμογεννήτριές μας αποτελούν θαύματα της σύγχρονης τεχνολογίας. Αλλά δεν έχουν ανοσία στην εντροπία. Τι συμβαίνει όταν φθείρονται;
Σύμφωνα με τον Δρ Ali Hadigheh της Σχολής Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου του Σίδνεϊ, τα σύγχρονα προηγμένα σύνθετα υλικά ανταποκρίνονται σε μια πιεστική ανάγκη. «Οι ανεμογεννήτριες έχουν πτερύγια μήκους μεταξύ 30 και 100 μέτρων. Τα πτερύγια πρέπει να είναι δυνατά. Πρέπει να είναι ελαφριά. Και ο χάλυβας και το αλουμίνιο δεν μπορούν να κάνουν και τα δύο», είπε ο Hadigheh στο Cosmos .
«Τα σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα θεωρούνται θαυματουργό υλικό – έχουν αντοχή, είναι ανθεκτικά στις καιρικές συνθήκες και είναι εξαιρετικά ευέλικτα – τόσο πολύ που η χρήση τους προβλέπεται να αυξηθεί τουλάχιστον κατά 60% μόνο την επόμενη δεκαετία».
Τα μικρότερα πτερύγια είναι κατασκευασμένα σε γενικές γραμμές από fiberglass, ενώ τα μεγαλύτερα κατασκευάζονται από ανθρακονήματα. Και τα δύο βασίζονται στην εγγενή αντοχή των ρητινών να συγκρατούν μακριές ίνες υφασμένες σε ευθυγράμμιση με τις ασκούμενες δυνάμεις, αλλά δεν είναι άτρωτες.
Υλικά με αντοχή αλλά όχι άτρωτα
H υπεριώδης ακτινοβολία είναι μια πρόκληση, αν και οι ανθεκτικές επικαλύψεις έχουν περιορίσει το πρόβλημα. Υπάρχουν οι κεραυνοί και οι ταχέως μεταβαλλόμενες πιέσεις που σχετίζονται με τις καταιγίδες.
«Το μείζον ωστόσο είναι ότι κάνουν πολλούς κύκλους», εξηγεί ο Hadigheh. «Γυρίζουν συνεχώς. Έτσι, όπως βλέπουμε ρωγμές και χτυπήματα σε ένα αυτοκίνητο μετά από μερικά χρόνια, τα πτερύγια του στροβίλου παρουσιάζουν κι αυτά φθορά».
Τα σύνθετα υλικά από ίνες είναι τόσο ισχυρά λόγω της άριστα καλιμπραρισμένης κατασκευής τους. Αλλά η συνεχής πίεση που υφίστανται τα πτερύγια μπορεί να μετατρέψει μια μικρή ρωγμή σε δομική αστοχία. «Αν τοποθετήσουμε αυτά τα σύνθετα υλικά σε εσωτερικούς χώρους με ελάχιστη καταπόνηση, θα έχουν διάρκεια ζωής αιώνων. Αλλά η διαρκής περιστροφή των πτερυγίων καταπονεί το υλικό και προκαλεί διαχωρισμό μεταξύ ινών και εποξειδικών.
Μια ίνα μπορεί να σπάσει. Η μικροσκοπική ρωγμή μπορεί να επιτρέψει την είσοδο της βροχής που με τη σειρά του προκαλεί τη μεγέθυνση της ρωγμής και η μεγέθυνση της ρωγμή μπορεί να προκαλέσει τη θραύση περισσότερων ινών γύρω της. «Γι' αυτό αυτά τα πτερύγια έχουν συγκεκριμένη διάρκεια ζωής, υπάρχει ένα σημείο στο οποίο γνωρίζουμε ότι θα χρειαστεί να τα αντικαταστήσουμε. Και αυτό είναι ένα τεράστιο έργο», λέει ο Hadigheh.
Το Συμβούλιο Καθαρής Ενέργειας δημοσίευσε την έκθεσή του για το πρόγραμμα ανακύκλωσης ανεμογεννητριών, με τίτλο Winding Up τον περασμένο Μάιο. Διαπίστωσε ότι μια ανεμογεννήτρια έχει διάρκεια ζωής περίπου 25 ετών. Και περίπου 600 ανεμογεννήτριες σε όλη την Αυστραλία είναι πλέον άνω των 15 ετών. Σε παγκόσμιο επίπεδο, υπολογίζεται ότι από τον τομέα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας θα παραχθούν περίπου 500.000 τόνοι απορριμμάτων άνθρακα και ινών γυαλιού έως το 2030.
Τα πτερύγια μιας ανεμογεννήτριας δεν είναι το μόνο πρόβλημα. Αυτά τα ανθεκτικά υλικά χρησιμοποιούνται τακτικά σε αεροσκάφη, κινητά τηλέφωνα, αυτοκίνητα, βάρκες – ακόμη και στους στύλους του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτή η ανθεκτικότητα αποτελεί πρόβλημα. Γι αυτό και τα περισσότερα απόβλητα από τα σύνθετα υλικά επί του παρόντος καίγονται ή θάβονται.
Έρευνα για την ανακύκλωση των σύνθετων υλικών
Για το λόγο αυτό, έχει ξεκινήσει ερευνητική εργασία ώστε να ανακυκλωθούν, όσο το δυνατόν περισσότερο, όσο το δυνατόν φθηνότερα. Οι ίνες άνθρακα και γυαλιού πρέπει να διαχωριστούν από την εποξειδική ρητίνη που τα περικλείει, στη συνέχεια να ξεδιαλεχτούν, να ταξινομηθούν και να ευθυγραμμιστούν εκ νέου. Και αυτό πρέπει να γίνει με τρόπο φιλικό προς το περιβάλλον. «Από το αρχικό στάδιο, εξετάσαμε διαφορετικούς τρόπους ανακύκλωσης, ποια μέθοδος θα μας έδινε καλύτερες επιδόσεις όσον αφορά το κόστος καθώς και τη μείωση των εκπομπών CO2», λέει ο Hadigheh.
Μελέτη του Hadigheh και του πρώην διδακτορικού του φοιτητή Dr Yaning Wei διαπιστώνει ότι μεγάλο μέρος της υποδομής που απαιτείται για να γίνει η δουλειά υπάρχει. Και η πιο σημαντική πρόκληση - η επανευθυγράμμιση των ανακτημένων ινών - έχει πλέον βρει τη λύση της οποία έχει μάλιστα κατοχυρωθεί με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας.
«Χρησιμοποιούμε πολύ, πολύ αδύναμα οξέα και πυρόλυση (αποσύνθεση σε υψηλή θερμοκρασία χωρίς οξυγόνο)», εξηγεί. «Αυτές οι μέθοδοι οδηγούν σε σημαντικά χαμηλότερες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα από την υγειονομική ταφή και την αποτέφρωση».
Η θερμοχημική επεξεργασία είναι μια βιομηχανική τεχνική που χρησιμοποιείται σε όλη τη χώρα. «Όλος ο εξοπλισμός υπάρχει. Η τεχνολογία υπάρχει. Και έχουμε τη γνώση εδώ στο Πανεπιστήμιο. Τώρα χρειαζόμαστε απλώς κάποιο ενδιαφέρον από τον κλάδο ώστε να επενδύσει στη διαμόρφωση και τη βελτιστοποίηση που απαιτούνται ώστε να ενσωματωθεί αυτή η τεχνολογία στη ροή εργασιών του».
Ο Hadigheh λέει ότι η χρήση αδύναμων οξέων για τη διάσπαση των ρητινών που περιέχουν γυαλί και ίνες άνθρακα βοηθά στη μεγιστοποίηση του μήκους των ανακτημένων ινών. Και η πυρόλυση επιτυγχάνεται στη σχετικά χαμηλή θερμοκρασία των 420⁰C. «Έτσι μειώνεται η εισροή ενέργειας στο σύστημα και εξοικονομείται κόστος και οι εκπομπές CO2», προσθέτει.
Η μέθοδος
Η αποσυντεθειμένη ρητίνη παράγει αέρια που μπορούν να τροφοδοτήσουν τη διαδικασία της πυρόλυσης (έναν βρόχο ανάδρασης που εκμεταλλεύεται ήδη η βιομηχανία). Άλλα υποπροϊόντα περιλαμβάνουν πετρελαιοειδή που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε άλλα προϊόντα, όπως η άσφαλτος, και το βιοκάρβουνο, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο σκυρόδεμα.
«Τίποτα δεν θα πηγαίνει χαμένο», λέει ο Hadigheh. «Πρέπει να το κάνουμε οικονομικά αποδοτικό ώστε να έχετε όσο το δυνατόν μεγαλύτερη απόδοση από την επένδυσή σας."
Οι καθαρές ίνες θα είναι πολύ κοντές για να παράγουν την εξαιρετική αντοχή που απαιτείται για την αντικατάσταση των πτερυγίων της ανεμογεννήτριας. Αλλά ο Hadigheh λέει ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή εξαρτημάτων τόσο ισχυρών όσο ο χάλυβας – τα οποία θα έχουν ένα κλάσμα του βάρους του.
«Με την ανακύκλωση, οι ίνες είναι σαν τρίχες στοιβαγμένες στο έδαφος σε ένα κομμωτήριο. Είναι μπερδεμένες, τυχαίες, και χωρίς μορφή. Και είναι δύσκολο να τις χωρίσεις – καθώς έχουν το ένα δέκατο του πάχους μιας ανθρώπινης τρίχας». Είναι επίσης πολύ εύθραυστες και αν γίνουν πολλοί χειρισμοί θα σπάσουν σε ακόμη μικρότερα μήκη. Επομένως, πρέπει να τις διατηρήσουμε όσο το δυνατόν περισσότερο για να υφανθούν σε νέα δομικά στρώματα.
«Αναπτύξαμε ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για αυτό», λέει ο Hadigheh. «Μπορούμε να ευθυγραμμίσουμε αυτές τις ανακυκλωμένες ίνες προς όποια κατεύθυνση θέλουμε».
Οι ίνες συλλέγονται από το νερό και μεταφέρονται μέσω διαφορετικών καναλιών. Οι υδροδυναμικές δυνάμεις τις ευθυγραμμίζουν πριν εναποτεθούν σε κυλιόμενο πλέγμα. Οι επαναχρησιμοποιούμενες ίνες μένουν πίσω στο ακριβές επιθυμητό σχέδιο καθώς το νερό αποστραγγίζεται.
Ισχυρή αντοχή έχουν τα ανακυκλωμένα ανθρακονήματα
«Κάναμε δοκιμές σε αυτά τα δείγματα», λέει. «Η αντοχή σε εφελκυσμό για τα παρθένα σύνθετα ανθρακονήματα είναι περίπου 1.300 megapascals (Mpa). Οι τυχαία ευθυγραμμισμένες ανακυκλωμένες κοντές ίνες έχουν αντοχή λιγότερη από 100 Mpa. Αλλά οι ευθυγραμμισμένες κοντές ίνες έχουν αντοχή έως και 450 Mpa – όπως ο χάλυβας ή το αλουμίνιο, αλλά είναι πολύ ελαφριές. «Αυτό σημαίνει ότι εάν χρησιμοποιείτε κάπου ήδη χάλυβα ή αλουμίνιο, μπορείτε να τον αντικαταστήσετε με αυτό το πολύ ελαφρύτερο προϊόν. Που είναι ανακυκλώσιμο».
Η ομάδα εξετάζει τώρα διάφορους τρόπους εφαρμογής των νημάτων, όπως μέσω της τρισδιάστατης εκτύπωσης ή ως ενισχυτικό για σκυρόδεμα. «Θα μπορούσαν επίσης να αντικαταστήσουν τον χαλύβδινο οπλισμό μέσα στο σκυρόδεμα», λέει. «Είναι ανθεκτικά στη διάβρωση. Έτσι, θα μπορούσατε να μειώσουμε τον κίνδυνο διάβρωσης π.χ. χρησιμοποιώντας σε μια γέφυρα σε μια παράκτια περιοχή»
Ο Δρ Hadigheh λέει ότι το επόμενο βήμα είναι η εμπορευματοποίηση της διαδικασίας. «Ενώ η ευαισθητοποίηση για την ανακύκλωση των καταναλωτικών αγαθών καθημερινής χρήσης αυξάνεται και τα πλαστικά απόβλητα βρίσκονται στο επίκεντρο, η Αυστραλία πρέπει επειγόντως να εξετάσει το ενδεχόμενο μιας ευρείας κλίμακας ανακύκλωσης δομικών υλικών νέας γενιάς προτού καταλήξουμε με ένα πρόβλημα απορριμμάτων που δεν μπορούμε να διαχειριστούμε», συμπεραίνει.
www.worldenergynews.gr
