دانشمندان برای پره‌های مرده توربین‌های بادی زندگی دوم هوشمندانه‌ای پیدا کردند

دوام کلید مهندسی توربین بادی است. تیغه‌های غول‌پیکر به شدت در معرض عناصر قرار دارند و باید در برابر هر چیزی که طبیعت به آن‌ها پرتاب می‌کند برای دهه‌ها مقاومت کنند، اما وقتی به پایان عمر عملیاتی خود می‌رسند، این دوام به یک مشکل تبدیل می‌شود.

پرتاب کردن تیغه ها در محل های دفن زباله، فضای زیادی را اشغال می کند و موادی را هدر می دهد که در صورت استخراج و حیات تازه می تواند مفید باشد. موضوع این است که پره های توربین بادی آنقدر بادوام هستند که شکستن آنها و بازیافت آنها چالش های مهمی را به همراه دارد. در مطالعه‌ای که امروز در مجله Cell Press منتشر شد، محققان رویکرد جدیدی ارائه کردند که می‌تواند بر این چالش‌ها غلبه کند.

با گرم کردن سریع ضایعات پره توربین با استفاده از انفجارهای کوتاه انرژی، نویسندگان آن را به کاربید سیلیکون و گرافن، دو ماده تولیدی ارزشمند که می‌توانند برای بهبود خواص مکانیکی و حرارتی پره‌های جدید مورد استفاده قرار گیرند، تجزیه کردند. و در مقایسه با تکنیک‌های بازیافت فعلی مانند انحلال شیمیایی و بازیابی حرارت، این رویکرد جدید انتشار گازهای گلخانه‌ای را به ترتیب 92 و 83 درصد کاهش می‌دهد.

هائو بی، نویسنده اصلی، مهندس محیط زیست در دانشگاه Tsinghua در پکن، به Gizmodo گفت: «می توان از آن برای تبدیل زباله های کم ارزش به زباله های با ارزش استفاده کرد.

پره های توربین بادی معمولا از فایبرگلاس ساخته می شوند که حاوی سیلیس و رزین پلیمری غنی از کربن است. هنگامی که این مواد به دمای فوق‌العاده گرم می‌رسند، کربن می‌تواند با سیلیس واکنش داده و کاربید سیلیکون را تشکیل دهد که یک ترکیب بسیار سخت و مقاوم در برابر حرارت است. اتم‌های کربن همچنین می‌توانند به شبکه‌ای مسطح لانه زنبوری به نام گرافن تبدیل شوند که به دلیل قدرت و توانایی آن برای هدایت گرما و الکتریسیته مورد علاقه است.

برای استخراج این مواد از ضایعات پره های توربین، بی و همکارانش از تکنیکی به نام گرمایش فلاش ژول استفاده کردند. او آن را به عنوان یک پالس الکتریکی با جریان بالا توضیح داد که به مواد خام رسانا اعمال می شود تا دمای آنها را به 2000 درجه سانتیگراد (3632 درجه فارنهایت) یا حتی بالاتر در میلی ثانیه افزایش دهد.

گرمایش Flash Joule قبلا برای تبدیل ضایعات پلاستیکی و ضایعات زیست توده به گرافن و سایر کربن‌های نانوساختار استفاده شده است و در استخراج مواد مفید از زباله‌های پره‌های توربین نیز موفق بوده است.

محققان ابتدا مخلوطی از ضایعات تیغه پودر شده و کربن عنصری تقریبا خالص ایجاد کردند، سپس این مخلوط را در چندین آزمایش تحت حرارت ژول قرار دادند. یک آزمایش معمولی حدود 56 درصد از مخلوط را به کامپوزیت سیلیکون کاربید و گرافن تبدیل کرد که از 34 درصد کاربید سیلیکون و 66 درصد گرافن تشکیل شده بود.

افزودن مقدار کمی از این محصولات - فقط 0.3٪ وزنی - به رزین، آن را سفت‌تر و قوی‌تر کرد و مقاومت آن را در برابر تغییر شکل 27٪ تحت کشش و 9٪ در هنگام خم شدن بهبود بخشید. در 0.1٪ وزنی، انتشار حرارتی رزین - معیاری برای سرعت پخش گرما در یک ماده - تا 41٪ افزایش یافت.

بنابراین، کاربید سیلیکون و گرافن استخراج‌شده از پره‌های بازنشسته توربین‌های بادی می‌توانند برای ساخت پره‌های جدید حتی بادوام‌تر استفاده شوند، اما مقیاس‌پذیری این فرآیند چالشی کاملا جدید را به همراه دارد.

بی و همکارانش فقط توانستند دسته های کوچکی از ضایعات تیغه و مخلوط کربن را آزمایش کنند. بزرگترین تنها 10 گرم بود - بسیار کمتر از مقیاس پردازش عملا مرتبط.

تیم او قبلا یک رآکتور در مقیاس بزرگتر برای پردازش یک دسته 200 گرمی طراحی و ساخته است، اما هنوز نیاز به بهینه سازی دارد. به ویژه، بی نیاز به اطمینان از اینکه این راکتور جدید می تواند مواد را به طور یکنواخت گرم کند و کیفیت محصول ثابتی تولید کند، تاکید کرد.

او گفت: «من این کار را به‌عنوان اثبات امیدوارکننده مفهوم با نتایج اولیه مقیاس‌پذیری توصیف می‌کنم، اما پیش‌بینی اینکه چه زمانی می‌تواند به یک مزرعه بادی واقعی خدمت کند، دشوار است.

این به ایجاد انگیزه در سیستم تولید پره توربین حلقه بسته کمک می کند و این منبع انرژی تجدید پذیر حیاتی را پایدارتر می کند. اما باز هم مسیر مقیاس گذاری طولانی است.