Uma equipe de pesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) está fabricando pás avançadas para turbinas eólicas usando termoplásticos recicláveis e impressão 3D, graças ao financiamento do Escritório de Manufatura Avançada do Departamento de Energia dos EUA. Os prêmios do escritório visam estimular a inovação tecnológica, melhorar a produtividade energética da indústria americana e permitir a fabricação de produtos de ponta nos Estados Unidos. Liderada pelo engenheiro sênior de tecnologia eólica do NREL, Derek Berry, as novas técnicas da equipe podem revolucionar a forma como as pás das turbinas eólicas são fabricadas.
Hoje, a maioria das pás de turbinas eólicas de grande porte tem o mesmo design de concha: duas lâminas de fibra de vidro são unidas com adesivo e utilizam um ou mais componentes de reforço compostos chamados teias de cisalhamento. Esse processo de fabricação foi otimizado para maior eficiência ao longo dos últimos 25 anos, mas, na realidade, mudou muito pouco.
Para tornar as pás das turbinas eólicas mais leves, mais longas, mais baratas e mais eficientes na captura de energia eólica – melhorias cruciais para reduzir as emissões de gases de efeito estufa, em parte aumentando a produção de energia eólica – os pesquisadores precisam repensar completamente a estrutura convencional de concha. Para começar, a equipe do NREL está se concentrando no material da matriz de resina. Os projetos atuais utilizam sistemas de resina termofixa, como epóxis, poliésteres e ésteres vinílicos – polímeros que, uma vez curados, se reticulam como silvas.
“Depois de produzir uma pá com um sistema de resina termofixa, não é possível reverter o processo”, disse Berry. “Isso dificulta a reciclagem da pá.” À medida que mais e mais turbinas eólicas são instaladas a cada ano, as novas pás de turbinas eólicas devem ser projetadas para serem reaproveitadas ou mesmo recicladas, a fim de evitar que prejudiquem a economia verde que deveriam ajudar a construir.
Trabalhando com o Instituto de Inovação em Fabricação de Compósitos Avançados nas Instalações de Educação e Tecnologia em Fabricação de Compósitos (CoMET) do NREL, a equipe multidisciplinar desenvolveu sistemas que usam termoplásticos que, diferentemente de materiais termofixos, podem ser aquecidos para separar os polímeros originais, permitindo a reciclagem no fim da vida útil.
Peças de lâminas termoplásticas também podem ser unidas usando um processo de soldagem térmica que pode eliminar a necessidade de adesivos — geralmente materiais pesados e caros — aumentando ainda mais a reciclabilidade das lâminas.
“Com dois componentes de lâmina termoplásticos, é possível uni-los e, por meio da aplicação de calor e pressão, uni-los”, disse Berry. “Isso não é possível com materiais termofixos.”
No futuro, o NREL, juntamente com os parceiros do projeto TPI Composites, Additive Engineering Solutions, Ingersoll Machine Tools, Vanderbilt University e o Institute for Advanced Composites Manufacturing Innovation, desenvolverão estruturas inovadoras de núcleo de lâmina para permitir a produção econômica de lâminas muito longas e de alto desempenho — com mais de 100 metros de comprimento — que são relativamente leves.
Utilizando a impressão 3D, a equipe de pesquisa pode produzir os tipos de designs revolucionários necessários para modernizar pás de turbinas com núcleos estruturais altamente projetados, em formato de rede, com densidades e geometrias variadas entre as camadas estruturais das pás. As camadas das pás serão infundidas com um sistema de resina termoplástica.
Se tiverem sucesso, a equipe reduzirá o peso e o custo das pás da turbina em 10% (ou mais) e o tempo do ciclo de produção em pelo menos 15%, um grande salto (ou pirueta) para a tecnologia de energia eólica.
Além do prêmio principal do AMO FOA para estruturas de pás de turbinas eólicas termoplásticas fabricadas aditivamente, dois projetos de subvenção também explorarão técnicas avançadas de fabricação de turbinas eólicas. A Universidade Estadual do Colorado está liderando um projeto que também utiliza impressão 3D para produzir compósitos reforçados com fibra para novas estruturas internas de pás eólicas, com a Owens Corning, NREL, Arkema Inc. e Vestas Blades America como parceiras. O segundo projeto, liderado pela GE Research, é denominado AMERICA: Additive and Modular-Enabled Rotor Blades and Integrated Composites Assembly. A GE Research também conta com a parceria do Oak Ridge National Laboratory, NREL, LM Wind Power e GE Renewable Energy. PAra saber mais sobre o projeto acesse o site.
