Nors vėjo energija yra vienas sparčiausiai augančių energijos šaltinių pasaulyje, vėjo turbinų sparnų atliekos tampa itin opia problema. Tai neleidžia šios energijos rūšies laikyti visiškai draugiška aplinkai. Spręsdami šį iššūkį, Kauno technologijos universiteto (KTU) ir Lietuvos energetikos instituto mokslininkai pasiūlė inovatyvų vėjo malūnų sparnų perdirbimo sprendimą – pirolizę.
Tautvydo Levinsko nuotr.
Vėjo turbinos atlieka svarbų vaidmenį, išgaunant atsinaujinančiąją energiją. Sudaryti iš kompozicinių medžiagų, pavyzdžiui, stiklo ar anglies pluošto sluoksnių, sustiprintų epoksidine ar poliesterio derva, vėjo turbinų sparnai yra tvirti, lengvi ir stabilūs. Tačiau pasibaigus jų galiojimui (vėjo turbinų sparnai tarnauja 20–25 metus), šios medžiagos perdirbimo procesą ypač apsunkina.
Dar prieš kelerius metus vėjo turbinų sparnų buvo beveik neįmanoma perdirbti. Be to, įprastiniai jų utilizavimo būdai, pavyzdžiui, išvežimas į sąvartyną, kelia pavojų aplinkai. Daugeliui šalių uždraudus kompozicines medžiagas sąvartynuose, panaudotų vėjo turbinų sparnų perdirbimas tampa iššūkiu, kurį bando išspręsti viso pasaulio mokslininkai.
Panaudotus vėjo malūnų sparnus tyrimams suteikė Danijos įmonė
2022 metais KTU Mechanikos inžinerijos ir dizaino fakulteto (MIDF) mokslininkas Samy Yousef bei jo vadovauja tyrėjų komanda atliko eksperimentų seriją, siekdami atrasti efektyvų vėjo malūnų sparnų perdirbimo būdą.
Pirolizės būdu, naudodami specialų katalizatorių, Lietuvos mokslininkai siekė suskaidyti vėjo turbinų sparnų kompozicines medžiagas, pavyzdžiui, stiklo pluoštu sustiprintą plastiką. Taip mokslininkai siekė atskirti vertingus komponentus tinkamus pakartotiniam naudojimui, o senas kompozicines medžiagas perdirbti į naudingą energiją.
Pirmieji eksperimentai suteikė vertingų žinių apie pirolizės naudojimą perdirbimo procesui. Tačiau kad būtų galima tęsti tyrimus ir nustatyti realų tokio proceso rezultatą, mokslininkams buvo reikalingas tikras, vėjo energijai išgauti jau nebetinkamas, vėjo turbinos sparnas.
S. Yousef džiaugiasi, jog vis dėlto įrenginius gauti pavyko: „Mūsų naujuose tyrimuose tyrimuose eksperimentai atliekami su tikrais vėjo turbinų sparnais, todėl buvo galima nustatyti galutinių produktų išeigą ir sudėtį“.
Naudotus sparnus tyrėjams suteikė Danijos įmonė „European Energy“. Atlikus kelių vėjo malūnų sparnų analizę pasirodė, kad Baltijos regione jų gamybai naudojamos poliesterinės dervos, o ne epoksidinės.
Perdirbami malūnų sparnai išskiria toksiškas medžiagas
Pasak, S. Yousef, stirenas – pagrindinė poliesterio dervos sudedamoji medžiaga – labai pavojinga aplinkai ir sveikatai.
„Stirenui patekus į sąvartyną, jis tampa labai toksišku žmonėms ir gali sukelti plaučių vėžį. Be to, taip gali būti užteršiamas dirvožemis ir požeminis vanduo“, – aiškina KTU mokslininkas.
Siekdama išspręsti šią problemą, Lietuvos mokslininkų grupė, naudodama pirolizės reaktorių, sėkmingai išskyrė stireną iš vėjo turbinos sparnų alyvos pavidalu.
„Pagrindinis tyrimo tikslas buvo rasti būdą, kaip iš senų vėjo turbinų sparnų išgauti anglies pluoštą ir dervą, kuriuos sunku utilizuoti dėl juose esančių toksiškų ir biologiškai neskaidomų medžiagų“, – sako S. Yousef.
Jis priduria, kad oksidacijos būdu išgautą anglies ir stiklo pluoštą galima naudoti kaip tvarų užpildą kompozicinių medžiagų mechaninėms savybėms pagerinti.
Mokslininkai taip pat atliko turbinų sparnų apdorojimo pirolizės procesu poveikio aplinkai skaičiavimus. S. Yousef komanda nustatė, kad lyginant panaudotų vėjo malūnų sparnų pirolizės ir jų šalinimo sąvartynuose aplinkosauginį poveikį, pirolizė turi didelį aplinkosauginį potencialą, ypač vertinant visuotinio atšilimo, stratosferos ozono sluoksnio nykimo ir iškastinių bei mineralinių išteklių trūkumo atžvigliu.
„Rezultatai atskleidė įvairių aplinkosaugos rodiklių pagerėjimą, kuris svyruoja nuo 43 iki 51 procento. Tai – didelis pasiekimas“, – džiaugiasi KTU mokslininkas.
Tačiau S. Yousef pabrėžia, kad pasiūlytoji vėjo malūnų sparnų perdirbimo strategija vis dar kelia tam tikrų iššūkių, susijusių su vėlesniais medžiagų apdorojimo procesais.
„Šias problemas reikia atidžiai spręsti ir tik tada bus galima vystyti tolimesnę išradimo eigą“, – sako jis.
Straipsnis „Recovery of energy and carbon fibre from wind turbine blades waste (carbon fibre/unsaturated polyester resin) using pyrolysis process and its life-cycle assessment“ paskelbtas žurnale „Environmental Research 2024“ ir jį galima rasti čia.
