Wiederverwendbare Composites für langlebige Rotorblätter

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Felder mit Windenergieanlagen lassen an umweltfreundliche Energiegewinnung denken. Bislang nicht ganz zu Recht. Denn es braucht viel Zeit und Energie jene Kunststoffe auszuhärten, die Rotoren langlebig und belastbar machen. Und wenn sie dann nach 20 oder 25 Jahren verschlissen sind, bleibt wenig übrig, was sich wiederverwerten ließe.

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Felder mit Windenergieanlagen lassen an umweltfreundliche Energiegewinnung denken. Bislang nicht ganz zu Recht. Denn es braucht viel Zeit und Energie jene Kunststoffe auszuhärten, die Rotoren langlebig und belastbar machen. Und wenn sie dann nach 20 oder 25 Jahren verschlissen sind, bleibt wenig übrig, was sich wiederverwerten ließe.

Doug Adams, Professor of Civil and Environmental Engineering and the Daniel F. Flowers Professor an der Vanderbilt University, sagt, dass dies die Rotoren von Windenergieanlagen als ideales Projekt für das Institute for Advanced Composites Manufacturing Innovation prädestiniere. Dieses Konsortium aus Industrieunternehmen, Behörden und akademischen Einrichtungen beschäftigt sich mit der Verbesserung von Verbundwerkstoffen, die in Turbinen, Autos, Druckgasbehältern und weiteren Produkten wie Flugzeugen und Sportartikeln zum Einsatz kommen.

Der neue thermoplastische Kunststoff namens Elium, hergestellt von Industriepartner Arkema, härtet ohne Wärmeanwendung aus und lässt sich wiederverwerten, wenn die Windenergieanlage zu ersetzen ist. Das Aushärten führt außerdem nicht zu Fehlern in der Glasfaser, und anders als bisher übliche Lösungen macht der Werkstoff die Glasfaser auch nicht unbrauchbar für eine weitere Verwendung. Aktuell werden noch glasfaserverstärkte duroplastische Verbundmaterialien für die Rotoren verwendet

Nach Schätzungen der American Wind Energy Association gibt es bereits mehr als 52‘000 Windenergieanlagen in den USA und allein im Jahr 2016 wuchs die Zahl der Werktätigen in diesem Sektor um 20 Prozent. Das hat das Wachstum in allen Bereichen der Windenergie befeuert — von der Fertigung, die Effizienz, die Schulungen bis hin zum Recycling. Auf lange Sicht sollen die Arbeiten an der Vanderbilt University die Fertigungskosten senken, die Verlässlichkeit verbessern und den Energieverbrauch über den Lebenszyklus hinweg reduzieren helfen.

Die Aufgabe von Adams, dem Maschinenbaustudenten Christopher Nash und den Entwicklern vom Laboratory for Systems Integrity and Reliability bestand darin, das Kunstharz mit Infrarot-Bildgebung auf seine Selbstabbindung hin zu testen und Algorithmen bereitzustellen, mit denen die Fertiger einen Prozess in ihren Produktionslinien aufsetzen können. Im nächsten Schritt gilt es, den Prozess von den Testkomponenten auf Rotorblätter in realen Größenordnungen zu skalieren.

Video: https://youtu.be/Ljba0SJfJR0

Bild: LASIR-Graduate Studenten Chris Nash und Ray Bond betrachten die Echtzeit-Infrarot-Aufnahmen des Aushärtungsprozesses am NREL Lab, wo das Material “Elium” gestestet wurde. 

 

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