Cánh tua bin gió ngoài khơi có thể được sản xuất từ xốp nhựa nhiệt dẻo

Các tuabin gió ngoài khơi có kích cỡ càng ngày càng tăng, nên việc vận chuyển, lắp đặt, tháo dỡ và tiêu hủy các cánh tua bin khổng lồ này đang đặt ra thách thức mới cho các nhà khai thác.

 

Ảnh minh họa

 Bởi thế các nhà nghiên cứu tại Fraunhofer, Đức đã cộng tác cùng các chuyên gia của ngành công nghiệp tăng trưởng xốp nhựa nhiệt dẻo bền vững và nguyên liệu composit để chế tạo cánh quạt trọng lượng nhẹ và có thể tái chế.

Thiên hướng xây dựng các nông trại gió ngoài khơi quy mô lớn vẫn không giảm sút. Các tua bin gió được thiết kế có chiều dài cánh là 80m và đường kính cánh hơn 60m để tăng tối đa sản lượng năng lượng. Do chiều dài cánh bị hạn chế bởi trọng lượng, nên cần phải lớn mạnh các hệ thống nhẹ bằng nguyên liệu có độ bền cao.

Các tuabin gió trọng lượng nhẹ sẽ dễ tháo lắp và còn tăng độ bất biến của chúng trên biển. Trong dự án WALiD (Cánh quạt thiết kế dùng nhẹ modern chi phí-hiệu quả) của Liên minh châu Âu (EU), các nhà nghiên cứu ở Viện Công nghệ hóa học ICT Fraunhofer tại Pfinztal, Đức đã liên kết ngặt nghèo cùng mười đối tác công nghiệp và đối tác nghiên cứu để dùng cánh quạt trọng lượng nhẹ. Bằng cách cải tiến sử dụng và nguyên liệu thiết kế, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ giảm trọng lượng cánh và tăng tuổi thọ của cánh.

Nhựa nhiệt dẻo đang thay thế nguyên liệu nhựa nhiệt rắn

Ngày này, cánh tua bin gió mấu chốt được chế tạo thủ công từ hệ thống nhựa nhiệt rắn. Bên cạnh đó, cánh tua bin này chẳng thể nóng chảy và không thích hợp để tái chế nguyên liệu. Chất thải nhựa nhiệt rắn dạng hạt tốt nhất thị trường nên được tái chế làm chất độn trong các ứng dụng đơn giản. "Trong dự án WALiD, nhà máy chúng tôi thực hiện sử dụng cánh toàn diện mới. Nhà máy chúng tôi biến đổi lớp nguyên liệu và lần trước tiên thiết kế nhựa nhiệt cho cánh quạt. Đây là nhựa nóng chảy nhưng chúng tôi có thể xử lý hiệu quả trong các cơ sở sản xuất tự động", Florian Rapp, điều phối viên dự án ở Fraunhofer ICT nói. Mục đích của nghiên cứu là tách các sợi thủy tinh cùng sợi các bon và tái thiết kế vật liệu nền của nhựa nhiệt dẻo.

Đối cùng lớp vỏ ngoài của cánh quạt cũng như các bộ phận của cấu trúc giúp sức bên trong, các đối tác dự án sử dụng nguyên liệu nhiều lớp được làm từ xốp nhựa nhiệt dẻo và nhựa cốt sợi. Nhìn chung, nhựa nhiệt dẻo cốt sợi các bon được dùng cho các nơi của cánh phải chịu lực lớn, trong khi sợi thủy tinh gia cố các vị trí chịu lực ít hơn. Đối với phần lõi, nhóm nghiên cứu đang vững mạnh xốp nhựa nhiệt dẻo liên kết cùng các lớp vỏ làm từ nhựa nhiệt dẻo. Sự kết hợp này cải thiện độ bền cơ học, hiệu quả và tuổi thọ của cánh tua bin.

Vật liệu xây dựng trọng lượng nhẹ cho các áp dụng mới

Xốp ICT mang tới các thuộc tính ưu việt hơn so với các hệ thống nguyên liệu hiện có nên cho phép triển khai các vận dụng hoàn toàn mới, ví dụ trong ngành công nghiệp ô tô, hàng không và hàng hải. Trong xe, các nhà sản xuất đã sử dụng nguyên liệu xốp cho kính chắn và ghế ngồi, đây không phải là các cấu trúc chịu lực.

Xốp thông dụng có một số chống như độ bất biến nhiệt, thành ra, chẳng thể được sử dụng gần động cơ. "Ngược lại, xốp nhựa nóng chảy của chúng tôi lại bình ổn nhiệt và đạt để sử dụng làm vật liệu cách nhiệt cho các nơi gần động cơ. Xốp nhựa mới về dài lâu, còn có kĩ năng chịu nhiệt cao hơn xốp polystyrene giãn nở (EPS) hay polypropylene (EPP) giãn nở. Nhờ có các tính chất cơ học được cải tiến, xốp nhựa nhiệt dẻo có thể được lắp đặt trong các môđun cửa hay thành phần làm cứng trong vật liệu composit nhiều lớp" Rapp nói. Xốp nhựa nhiệt dẻo có thể được xử lý nhanh và tiết kiệm vật liệu. Lợi thế nữa là xốp nhựa nhiệt dẻo có sẵn hơn nguyên liệu lõi nhiều lớp tái tạo như gỗ balsa.

Nguyên liệu mới được gia công tại nhà xưởng ép đùn xốp của Viện Công nghệ hóa học ICT Fraunhofer. Rapp giải thích quy trình sản xuất vật liệu như sau: "Nhà máy chúng tôi làm tan chảy các hạt nhựa, trộn cùng chất tạo khí thành polime nóng chảy và tạo độ xốp cho nguyên liệu. Sau đó, các hạt xốp bình ổn và item bán tinh luyện được tạo hình và cắt như chờ mong". Trong lĩnh vực polime xốp, nhóm nghiên cứu đề cập đến hệ thống gia công xốp nhựa nhiệt dẻo từ việc tăng trưởng nguyên liệu và sản xuất các hạt xốp ép đùn cũng như bán thành quả cho đến xử lý môi trường và thành phẩm.

Tham khảo thêm: vỏ tủ điện công nghiệp