Los investigadores del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) del Departamento de Energía de Estados Unidos ven un camino realista hacia la fabricación de palas eólicas de origen biológico que se puedan reciclar químicamente y cuyos componentes se puedan reutilizar, poniendo fin a la práctica de que las palas viejas acaben en vertederos al final de su vida útil.
Los hallazgos se publican en el nuevo número de la revista Science. La nueva resina, que está hecha de materiales producidos utilizando recursos de origen biológico, tiene un rendimiento similar al estándar actual de la industria de palas hechas de resina termoendurecible y supera a ciertas resinas termoplásticas destinadas a ser reciclables.
Los investigadores construyeron un prototipo de pala de 9 metros para demostrar la capacidad de fabricación de una resina derivada de biomasa desarrollada por el NREL y apodada PECAN. El acrónimo significa PolyEster Covalently Adaptable Network (red adaptable covalentemente de poliéster), y el proceso de fabricación encaja con los métodos actuales. Con la tecnología actual, las palas eólicas duran unos 20 años y, después, se pueden reciclar mecánicamente, por ejemplo, triturarlas para usarlas como relleno de hormigón. PECAN supone un gran avance debido a la capacidad de reciclar las palas mediante procesos químicos suaves.
El proceso de reciclaje químico permite recuperar los componentes de las palas y reutilizarlos una y otra vez, lo que permite la refabricación del mismo producto, según Ryan Clarke, investigador postdoctoral del NREL y primer autor del nuevo artículo. “Es realmente un enfoque sin límites si se hace bien”.
Dijo que el proceso químico fue capaz de descomponer por completo la pala prototipo en seis horas.
El artículo, “Fabricación y prueba de termoendurecibles derivados de biomasa para el reciclaje de palas eólicas”, implicó el trabajo de investigadores de cinco centros de investigación del NREL, incluido el Centro Nacional de Tecnología Eólica y el Consorcio BOTTLE. Los investigadores demostraron una estrategia de fin de vida útil para las palas PECAN y propusieron estrategias de recuperación y reutilización para cada componente.
“El método PECAN para desarrollar palas de turbinas eólicas reciclables es un paso de importancia crítica en nuestros esfuerzos por fomentar una economía circular para los materiales energéticos”, dijo Johney Green, director asociado del laboratorio de Ciencias de Ingeniería Mecánica y Térmica del NREL.
La investigación sobre la resina PECAN comenzó por el final. Los científicos querían fabricar una pala eólica que pudiera reciclarse y comenzaron a experimentar con qué materia prima podrían utilizar para lograr ese objetivo. La resina que desarrollaron utilizando azúcares bioderivables proporcionó un contrapunto a la noción convencional de que una pala diseñada para ser reciclable no funcionará tan bien.
“El hecho de que algo sea bioderivable o reciclable no significa que vaya a ser peor”, dijo Nic Rorrer, uno de los dos autores correspondientes del artículo de Science. Dijo que una preocupación que otros han tenido sobre este tipo de materiales es que la pala estaría sujeta a un mayor “deslizamiento”, que es cuando la pala pierde su forma y se deforma con el tiempo. “Esto realmente desafía esta noción en evolución en el campo de la ciencia de los polímeros, de que no se pueden usar materiales reciclables porque no rendirán lo suficiente o se deslizarán demasiado”.
Los compuestos hechos con resina PECAN mantuvieron su forma, resistieron la validación acelerada de la climatización y pudieron fabricarse en un período de tiempo similar al ciclo de curado existente para la fabricación actual de las palas de las turbinas eólicas.
Si bien las palas de las turbinas eólicas pueden medir la longitud de un campo de fútbol, ??el tamaño del prototipo proporcionó una prueba del proceso.
“Nueve metros es una escala en la que pudimos demostrar todos los mismos procesos de fabricación que se utilizarían en la escala de palas de 60, 80 y 100 metros”, dijo Robynne Murray, la segunda autora correspondiente.
Los otros coautores, todos de NREL, son Erik Rognerud, Allen Puente-Urbina, David Barnes, Paul Murdy, Michael McGraw, Jimmy Newkirk, Ryan Beach, Jacob Wrubel, Levi Hamernik, Katherine Chism, Andrea Baer y Gregg Beckham.
El Departamento de Energía de los EE. UU. financió la investigación de manera conjunta a través de su Oficina de Tecnologías Avanzadas de Materiales y Fabricación y su Oficina de Tecnologías de Bioenergía y su apoyo al Consorcio BOTTLE. La investigación y la financiación adicionales permitirán a los investigadores construir palas más grandes y explorar más formulaciones de origen biológico.
El NREL es el principal laboratorio nacional del Departamento de Energía de los EE. UU. para la investigación y el desarrollo de energías renovables y eficiencia energética. El NREL es operado para el DOE por la Alliance for Sustainable Energy LLC.
