Le pale eoliche diventeranno riciclabili
Le nuove pale eoliche realizzate con termoplastica sono meno costose e più efficienti di quelle in resina termoindurente
[19 Novembre 2020]
I ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell’energia Usa, in collaborazione con Arkema Inc della Pennsylvania, hanno dimostrato la fattibilità di una resina termoplastica e ne hanno convalidato la sua integrità strutturale su una pala eolica composita termoplastica prodotta dall’NREL. E dicono che si tratta di «Un nuovo materiale per le pale eoliche che può essere riciclato potrebbe trasformare l’industria eolica, rendendo l’energia rinnovabile più sostenibile che mai e riducendo i costi nel processo». Il tutto è illustrato nello studio “Structural Comparison of a Thermoplastic Composite Wind Turbine Blade and a Thermoset Composite Wind Turbine Blade” pubblicato su Renewable Energy da Robynne Murray, Ryan Beach, David Barnes, David Snowberg, Derek Berry, Samantha Rooney, Mike Jenks, Bill Gage, Troy Boro, Sara Wallen e Scott Hughes del National Renewable Energy Laboratory.
L’NREL è il principale laboratorio nazionale del Dipartimento dell’energia Usa per la ricerca e lo sviluppo sulle energie rinnovabili e sull’efficienza energetica ed è gestito da Alliance for Sustainable Energy.
Attualmente le pale eoliche sono realizzate utilizzando una resina termoindurente, che richiede più energia e manodopera nell’impianto di produzione, e il prodotto finale spesso finisce in discarica, i ricercatori fanno notare che «Il passaggio alla resina termoplastica renderebbe le pale delle turbine eoliche più riciclabili e potrebbe anche consentire pale più lunghe, più leggere e con un costo inferiore».
Berry, ingegnere senior dell’NREL, spiega che «Con i sistemi in resina termoindurente, è quasi come quando friggi un uovo. Non si può invertire questa situazione. Ma con un sistema di resina termoplastica, puoi ricavarne una pala. La riscaldi a una certa temperatura e si scioglie di nuovo. Puoi recuperare la resina liquida e riutilizzarla».
Il team di ricercatori statunitensi ha sviluppato anche un modello tecnoeconomico per esplorare i vantaggi in termini di costi dell’utilizzo di una resina termoplastica nelle lame. All’NRL ricordano che «Le attuali pale delle turbine eoliche sono realizzate principalmente con materiali compositi come la fibra di vetro infusa con una resina termoindurente. Con una resina epossidica termoindurente, il processo di produzione richiede calore aggiuntivo per polimerizzare la resina, il che si aggiunge ai costi e ai tempi di produzione delle pale. Invece, la resina termoplastica polimerizza a temperatura ambiente. Il processo non richiede tanta manodopera, il che attualmente rappresenta circa il 40% del costo di una pala. Il nuovo processo, potrebbe rendere le pale eoliche meno costose di circa il 5%».
Nel Composites Manufacturing Education and Technology (CoMET) ospitato dalll’NREL al Flatirons Campus vicino a Boulder, in Colorado, i ricercatori progettano, producono e testano le pale delle turbine composite. Prima nello studio “Manufacturing and Flexural Characterization of Infusion-Reacted Thermoplastic Wind Turbine Blade Subcomponents” pubblicato su Applied Composite Materials nel gennaio 2019 avevano mostrato il sistema di produzione di una pala eolica lunga 9 metri in materiale composito. Dopo quel prototipo hanno prodotto e convalidando strutturalmente una pala in composito termoplastico di 13 metri praticamente uguale a una pala in termoindurente quasi identica. Questo lavoro, insieme a quello di Arkema e di altri partner dell’Institute for Advanced Composites Manufacturing Innovation, ha dimostrato i vantaggi di abbandonare il sistema della resina termoindurente per passare a quello della termoplastica.
La Murray sottolinea che «Il materiale termoplastico assorbe più energia dai carichi sulle pale a causa del vento, il che può ridurre l’usura di questi carichi al resto del sistema della turbina, il che è una buona cosa»
La resina termoplastica potrebbe anche consentire ai produttori di costruire le pale in loco, alleviando un problema che il settore deve affrontare mentre le pale eoliche diventano sempre più grandi e più lunghe: con l’aumentare delle dimensioni delle lame, aumenta anche il problema di come trasportarle da un impianto di produzione a dove devono essere posizionate.