Windkraft ist eine immer beliebter werdende Form erneuerbarer Energie. Wenn es jedoch an der Zeit ist, die riesigen Turbinenblätter zu ersetzen, die Wind in Strom umwandeln, ist die Entsorgung ein Problem. Jetzt berichten Wissenschaftler über ein neues Verbundharz, das sich für die Herstellung dieser Giganten eignet, die später zu neuen Turbinenschaufeln oder einer Vielzahl anderer Produkte recycelt werden könnten, darunter Arbeitsplatten, Autorücklichter, Windeln und sogar Gummibärchen.
Die Forscher stellen ihre Ergebnisse heute auf der Herbsttagung der American Chemical Society (ACS) vor.
„Das Schöne an unserem Harzsystem ist, dass wir es am Ende seines Nutzungszyklus auflösen können und es dadurch aus der Matrix, in der es sich befindet, freigesetzt wird, sodass es immer wieder in einer Endlosschleife verwendet werden kann“, sagt John Dorgan , Ph.D., der die Arbeit bei dem Treffen vorstellt. „Das ist das Ziel der Kreislaufwirtschaft.“
Die Rotorblätter von Windkraftanlagen aus Fiberglas können ein halbes Fußballfeld lang sein. Obwohl einige Unternehmen Wege gefunden haben, Glasfaser zu minderwertigen Materialien zu recyceln, landen die meisten ausrangierten Klingen auf Mülldeponien. Und das Entsorgungsproblem dürfte sich verschärfen. „Größere Rotorblätter von Windturbinen sind effizienter, daher stellen Unternehmen immer größere her“, sagt Dorgan. „Oft tauschen Windparks die Turbinenblätter tatsächlich vor dem Ende der Lebensdauer aus, weil die Parks mit größeren Blättern mehr Strom erzeugen können.“
Dorgan und Kollegen von der Michigan State University stellten ein neues Turbinenmaterial her, indem sie Glasfasern mit einem aus Pflanzen gewonnenen Polymer und einem synthetischen kombinierten. Platten aus diesem thermoplastischen Harz waren stark und langlebig genug, um in Turbinen oder Automobilen verwendet zu werden. Die Forscher lösten die Platten in frischem Monomer auf und entfernten physikalisch die Glasfasern, sodass sie das Material in neue Produkte des gleichen Typs umformen konnten. Wichtig ist, dass die neu gegossenen Platten die gleichen physikalischen Eigenschaften wie ihre Vorgänger hatten.
Neben neuen Rotorblättern für Windkraftanlagen könnte das neuartige Harz für eine Vielzahl anderer Anwendungen verwendet werden. Durch Mischen des Harzes mit verschiedenen Mineralien stellte das Team kultivierten Stein her, der in Haushaltsgegenstände wie Arbeitsplatten und Waschbecken umgewandelt werden konnte. „Wir haben vor Kurzem ein Waschbecken aus kultiviertem Stein gebaut, also wissen wir, dass es funktioniert“, sagt Dorgan. Die Forscher könnten das wiedergewonnene Material auch zerkleinern und mit anderen Kunststoffharzen für den Spritzguss mischen, der zur Herstellung von Gegenständen wie Laptophüllen und Elektrowerkzeugen verwendet wird.
Das Material könnte sogar zu höherwertigen Produkten upgecycelt werden. Beim Aufschließen des thermoplastischen Harzes in einer alkalischen Lösung wurde Poly(methylmethacrylat) (PMMA) freigesetzt, ein gängiges Acrylmaterial für Fenster, Autorückleuchten und viele andere Gegenstände. Die Erhöhung der Aufschlusstemperatur wandelte PMMA in Poly(methacrylsäure) um, ein superabsorbierendes Polymer, das in Windeln verwendet wird. Die alkalische Verdauung produzierte auch Kaliumlactat, das gereinigt und zu Süßigkeiten und Sportgetränken verarbeitet werden kann. „Wir haben Kaliumlactat in Lebensmittelqualität zurückgewonnen und daraus Gummibärchen-Bonbons hergestellt, die ich gegessen habe“, sagt Dorgan.
Nachdem die Forscher nun gezeigt haben, dass das Harz geeignete physikalische Eigenschaften für Windkraftanlagen hat, hoffen sie, einige mittelgroße Rotorblätter für Feldtests herzustellen. „Die aktuelle Einschränkung besteht darin, dass es nicht genug von dem Biokunststoff gibt, den wir verwenden, um diesen Markt zu befriedigen. Daher muss ein beträchtliches Produktionsvolumen online gebracht werden, wenn wir tatsächlich anfangen wollen, Windturbinen aus diesen Materialien herzustellen“, sagte Dorgan Anmerkungen.
Und gibt es einen „Igitt-Faktor“ beim Essen von Süßigkeiten, die einst Teil einer Windkraftanlage waren? Dorgan glaubt das nicht. „Ein Kohlenstoffatom, das aus einer Pflanze wie Mais oder Gras stammt, unterscheidet sich nicht von einem Kohlenstoffatom, das aus einem fossilen Brennstoff stammt“, sagt er. „Das ist alles Teil des globalen Kohlenstoffkreislaufs, und wir haben gezeigt, dass wir von Biomasse auf dem Feld zu langlebigen Kunststoffmaterialien und zurück zu Lebensmitteln übergehen können.“
Verbundharze für die Kreislaufwirtschaft: Von Windturbinen bis zu Gummibärchen und mehr, ACS Herbst 2022. www.acs.org/content/acs/en/mee … tings/fall-2022.html