IL NATIONAL RENEWABLE ENERGY LAB DEGLI STATI UNITI STAMPA IN 3D UNA PALA DELLA TURBINA DI 13 METRI DA RESINA RICICLABILE
I ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL) degli Stati Uniti hanno sviluppato un nuovo modo di produrre pale per turbine eoliche che ne migliora le prestazioni e la riciclabilità a fine vita.
Invece di creare lame da normali resine termoindurenti, il team ha ideato un set unico per stamparle in 3D utilizzando materiali termoplastici, che possono essere successivamente riscaldati per recuperare i loro polimeri originali per il riutilizzo. Mettendo in pratica il loro approccio, gli ingegneri sono già riusciti a fabbricare un prototipo di 13 metri e, in futuro, ritengono che il processo potrebbe produrre guadagni in termini di costi e velocità per i produttori.
Al momento, molte pale di turbine eoliche su larga scala presentano un design simile a conchiglia, in cui due “pelli” in fibra di vetro sono legate insieme con adesivi e irrigidite mediante nastri di taglio. Tuttavia, queste parti di grande formato tendono ad essere prodotte con resine termoindurenti come epossidiche, poliesteri e esteri vinilici che, una volta indurite, reticolano irreversibilmente in un modo che rende impossibile il riutilizzo delle loro plastiche.
“Una volta prodotta una lama con un sistema di resina termoindurente, non è possibile invertire il processo”, spiega Derek Berry, a capo del progetto NREL. “Ciò rende la lama difficile da riciclare.” Inoltre, secondo lo stesso NREL, il processo potrebbe essere stato ottimizzato per aumentare l’efficienza negli ultimi 25 anni, ma in realtà è cambiato molto poco, quindi le turbine non sono costruite in un modo che corrisponda alla loro immagine sostenibile.
Dato che all’inizio di quest’anno, il presidente Biden ha fissato un obiettivo ambizioso di dimezzare le emissioni di gas serra negli Stati Uniti entro il 2030 e ha evidenziato che le “tecnologie per l’energia verde” sono fondamentali per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori del NREL hanno ora identificato la necessità di un rinnovamento che “rivoluziona come vengono prodotte le pale delle turbine eoliche”.
Il CoMET di NREL ha un impatto
Per rendere più circolare la produzione di lame, Berry e il suo team hanno avviato un progetto con i colleghi della struttura “CoMET” di Composites Manufacturing Education and Technology del NREL . Inaugurato nel 2017, il complesso è specializzato nel promuovere la ricerca e lo sviluppo di tecnologie eoliche, idroelettriche e composite, fornendo agli utenti l’accesso a strumenti stampati in 3D, attrezzature per la miscelazione dei compositi e strumenti di prototipazione.
Nel caso del progetto di Berry, sostenuto dall’Advanced Manufacturing Office del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti , lui e il suo team sono riusciti a sviluppare un sistema in grado di elaborare materiali termoplastici riciclabili. Questi possono quindi essere utilizzati per stampare più lame circolari, che sono attaccabili ad altre parti tramite saldatura termica, in un processo che elimina la necessità di adesivi spesso tossici e costosi.
Passando dai metodi di produzione convenzionali alla stampa 3D, il team multidisciplinare è stato anche in grado di produrre lame più avanzate con strutture a forma di rete altamente ingegnerizzate che presentano densità e geometrie variabili tra le loro “pelli”, che possono essere esse stesse infuso utilizzando un sistema di resina termoplastica.
“CON DUE COMPONENTI DELLA PALA IN MATERIALE TERMOPLASTICO, HAI LA CAPACITÀ DI UNIRLI E, ATTRAVERSO L’APPLICAZIONE DI CALORE E PRESSIONE, UNIRLI. NON PUOI FARLO CON I MATERIALI TERMOINDURENTI.”
Sfruttando la loro nuova configurazione, Berry e il suo team sono già stati in grado di costruire un prototipo termoplastico di 13 metri presso la struttura CoMET del NREL, che sfrutta appieno questi vantaggi relativi alla stampa 3D.
Lavorando con i partner TPI Composites , Additive Engineering Solutions , Ingersoll Machine Tools , Vanderbilt University e Institute for Advanced Composites Manufacturing Innovation , i ricercatori ritengono che in futuro potrebbe essere possibile ridurre il peso e il costo delle pale delle turbine del 10% e i loro tempi di consegna del 15%, sviluppando parti alleggerite fino a 100 metri di lunghezza.
Inoltre, quando la ricerca del NREL ha ricevuto finanziamenti all’inizio di quest’anno, è stata sostenuta insieme a due progetti di sovvenzione, che stanno anche studiando il potenziale delle pale della turbina della stampa 3D. Mentre la Colorado State University sta attualmente lavorando su compositi rinforzati con fibre per la creazione di nuove strutture interne della lama, GE Research sta sviluppando una punta della lama stampata in 3D a grandezza naturale per i test strutturali.
