大约三年前，国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员Robynne Murray, Nicholas Rorrer和他们的团队开始了一项任务，制造一种易于回收的树脂，作为将风力涡轮机叶片粘合在一起的中心胶。

他们开始在实验室工作台上用顶针大小的小瓶配制树脂。经过几轮实验、微调和缓慢扩大规模，该团队成功地使用他们的新树脂构建了一个9米长的风力涡轮机叶片原型(排球网的大小)——标志着该材料准备进入主流制造的一个重要里程碑。

这种新树脂被昵称为PECAN，它以一种新颖的成分而自豪，但它既不是用核桃来调味，也不是用核桃来制作的。相反，该名称是代表材料化学结构的首字母缩略词(聚酯共价适应性网络)。研究人员使用生物基化学物质设计了PECAN树脂，这种化学物质可以很容易地从植物废料中提取。这项研究发表在《物质》杂志上。

现在，你可能会想，“用植物废料制造风力涡轮机叶片有什么意义?”

答案在于可持续性和可回收性。

美国目前有7万多台风力涡轮机在运行，随着美国加速迈向清洁能源的未来，这一数字预计将大幅增长。事实上，据估计，到2050年，美国将部署超过200万吨的风力涡轮机叶片材料。

传统上，大多数用于风力涡轮机叶片的树脂都需要不可再生资源(如石油)和大量能源来制造。它们也很难或不可能在不显著降解材料的情况下有效地回收利用。

为了使能源部门脱碳并消除浪费，风能行业需要一种新的、可持续的解决方案。

然而，事实证明，开发耐用且易于回收的树脂可能是一件棘手的事情。但NREL团队正在证明他们已经准备好迎接PECAN树脂的挑战。

从一开始就可持续发展

山核桃树脂可以完全由生物基材料制成，比如山梨醇，一种可以在植物废料中找到的常见糖。

但基于pecan的风力涡轮机叶片受益的不仅仅是绿色建筑。用山核桃树脂制造叶片的过程也更环保。

NREL团队表明，与目前美国风力涡轮机叶片中主要使用的环氧树脂相比，PECAN树脂产生的温室气体排放量减少了40%，所需能源减少了30%。

“这是件大事，”默里说。“它创造了节省大量能源和金钱的潜力，同时也使每台涡轮机的第一生命周期脱碳。”

天长地久

无论风力涡轮机叶片的可持续性如何，它都不应该是脆弱的。这就是为什么NREL团队创造了PECAN树脂来展示相同的，或者在某些情况下，比今天的风力涡轮机叶片材料更好的结构性能。

例如，新材料在“蠕变”方面优于传统树脂。别担心。在这种情况下，蠕变并不是衡量在叶片上爬行的蜘蛛数量。相反，这个术语表明叶片在一段时间内保持其刚度的程度。

“如果风力叶片在自身重量下悬挂在空中的时间足够长，你可能会看到它开始失去刚度。这可能是其他树脂系统的一个大问题。”

“由于其独特的化学成分，”Murray继续说道，“我们已经能够证明PECAN材料在蠕变测试中表现非常好。”

但很容易回收

就像任何东西一样，风力涡轮机不会永远持续下去。一旦它们达到使用寿命，回收它们的组件是创建可持续风能产业的重要组成部分。

PECAN树脂在可回收性方面也达到了标准。制造商可以用最少的能源和设备将其解聚(或分解)，而且不使用刺激性或讨厌的化学品。

Murray说:“这意味着用PECAN树脂制成的叶片有可能在风电场退役现场回收，这可以最大限度地减少叶片运输排放，并进一步使每个涡轮机的生命周期脱碳。”

当然，这不是巧合。NREL团队精心设计了由特殊化学键(称为酯键)组成的树脂网络，可以用安全和负担得起的化学品分解，有助于材料的回收。

在独一无二的实验室里实现

Murray指出，PECAN树脂背后的研究之所以成为可能，是因为NREL拥有独一无二的研究资源和设施，比如复合材料制造教育和技术设施。

Murray说:“在NREL，从专业的生物聚合物科学家到最先进的测试能力，我们都在一个地方。“这使我们能够简化整个研究过程，在短短几年内将这种树脂从概念化学转化为实际的刀片，这是闻所未闻的。”

接下来，该团队计划用PECAN树脂制造一个更大的叶片，这将使他们能够在树脂上市之前进行额外的结构实验。

如果一切顺利，研究小组希望他们的树脂能成为目前风力涡轮机材料的简单替代品。风能行业肯定会对这一解决方案感兴趣。

更多信息:Chen Wang等人，工业复合材料应用的生物衍生聚酯共价适应性网络的合成、表征和回收，物质(2023)。DOI: 10.1016/j.mat .2023.10.033期刊信息:Matter

Natio提供 nal可再生能源实验室
引用:可回收的，植物的 sed材料可以在下一代风力涡轮机上旋转(2023,12月12日) 本文档 作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司 内容仅供参考之用。