Le pale delle turbine eoliche ottengono un aggiornamento sostenibile

Secondo lo United States Geological Survey, una turbina eolica media genera in 46 minuti abbastanza elettricità da alimentare una casa negli Stati Uniti per un mese intero. Con più di 70.800 turbine sparse in tutto il Paese, l’energia eolica ha ormai superato l’energia idroelettrica diventando il maggior produttore di energia. energia rinnovabile.

Alex Ryan (a sinistra) e Cameron Jordan (a destra) lavorano nel DREAMS Lab con Chris Williams mentre spiega i molteplici aspetti di una grande stampante 3D con braccio robotico multiasse. Illustrazione di Clark DeHart per Virginia Tech.

Con una sovvenzione di 2 milioni di dollari da parte di Dipartimento dell’Energia, i ricercatori della Virginia Tech stanno sperimentando processi per rendere questa fonte di energia sostenibile ancora più sostenibile. La sovvenzione fa parte di un’iniziativa da 72 milioni di dollari per innovare i processi di produzione delle tecnologie eoliche e creare soluzioni sostenibili per sfruttare l’energia eolica. Il gruppo di ricerca della Virginia Tech utilizzerà nuovi metodi di produzione additiva, progettazione computazionale e un materiale termoplastico riciclabile e ad alta resistenza.

Chris Williamsil professore LS Randolph nel Dipartimento di Ingegneria Meccanicasta guidando il progetto insieme al Professore Associato Michael Bortner del Dipartimento di Ingegneria Chimica. A loro si uniranno il ricercatore post-dottorato Joseph Kubalak e gli studenti laureati ricercatori di ingegneria meccanica, ingegneria chimica e del Macromolecules Innovation Institute. Il progetto utilizzerà Galleria del vento di stabilità di Virginia Tech valutare le pale della turbina stampate con l’aiuto del professore associato di ricerca Aurelien Borgoltz e del professore assistente di ricerca Nanyaporn Intaratep del Kevin T. Crofton Dipartimento di ingegneria aerospaziale e oceanica.

“Sebbene le turbine eoliche generino energia verde, i loro materiali non sono riciclabili, creando un’enorme quantità di rifiuti, e la produzione delle pale è piuttosto ardua”, ha affermato Williams. Il nostro progetto proposto mira a ridurre drasticamente i rifiuti, eliminare completamente tutti i materiali pericolosi e consentire la stampa 3D di una turbina eolica completamente riciclabile”.

Per raggiungere questo obiettivo, Williams, il direttore del Laboratorio di progettazione, ricerca e formazione per sistemi di produzione additiva (DREAMS).ha affermato che il progetto richiede la convergenza di tre innovazioni chiave:

• Stampa robotizzata di oggetti di grandi dimensioni utilizzando la nuova tecnologia creata nel laboratorio DREAMS
• Utilizzando tecniche uniche di ottimizzazione del design per migliorare il modo in cui i materiali vengono stampati nel modo più forte ed efficiente possibile
• Utilizzando un nuovo materiale composito polimerico, fornito da Bortner e dal suo team, che è completamente riciclabile, ma ha le proprietà dei compositi rinforzati con fibra di vetro comunemente noti

Miglioramenti ambientali per il futuro

Attualmente, le pale delle turbine eoliche vengono realizzate in impianti di produzione fuori sede utilizzando stampi di grandi dimensioni che richiedono tempi di consegna lunghi. Una volta che le lame sono state fabbricate, intraprendono un viaggio lungo e costoso verso la loro destinazione, spesso remota, tramite semirimorchio. Secondo Unità di utilità, possono essere necessari fino a 10 carichi e un anno di pianificazione per spostare questi generatori di energia di circa 200 piedi. La nuova tecnologia di stampa del team potrebbe un giorno fornire un mezzo per produrre grandi pale di turbine vicino al sito di installazione, eliminando così le sfide legate al loro trasporto.

“C’è un’enorme enfasi in questo momento in tutto il mondo sulle risorse energetiche rinnovabili e sull’implementazione delle risorse rinnovabili”, ha affermato Bortner, direttore associato del Istituto per l’Innovazione delle Macromolecole. “Grazie alla mia attenzione al lato della ricerca sui materiali e al lavoro di Chris Williams sul lato del processo per la produzione additiva, siamo in grado di collaborare e risolvere questi problemi complessi e trasformarli in componenti di pale di turbine eoliche su vasta scala.”

Quando si tratta di progettare le pale delle turbine eoliche, i materiali utilizzati nella costruzione svolgono un ruolo fondamentale nelle prestazioni complessive e nella durata. Ciò è sempre più cruciale poiché le pale delle turbine eoliche crescono di dimensioni per sfruttare più energia. Anche se le lame attuali sono realizzate con materiali riciclabili, non sono esclusivamente riciclabili. Questo nuovo processo eliminerà l’uso di materiali pericolosi nella produzione, rendendoli riutilizzabili.

“Abbiamo un nuovo design del materiale che, una volta elaborato tramite la stampa 3D, non solo produce le proprietà tradizionalmente utilizzate per realizzare le pale delle turbine eoliche, ma è anche completamente riciclabile”, ha affermato Bortner. “Quindi, se le lame vengono danneggiate o raggiungono la fine della vita, possiamo scomporle, rielaborarle e stamparle nuovamente in 3D in nuove lame”.

“Negli ultimi anni abbiamo visto i costi energetici salire alle stelle”, ha affermato Bortner. “Dobbiamo iniziare a identificare modi più pratici per sfruttare le risorse energetiche rinnovabili e modi per farlo che siano meno costosi. Identificando le tecnologie per ridurre i costi energetici, tale risparmio alla fine si estenderà al consumatore medio”.

Questo processo è reso possibile dalle innovazioni del team nella stampa 3D, che consentono di stampare sul posto oggetti di grandi dimensioni, addirittura più grandi della stampante stessa, come le pale delle turbine eoliche.