Niemiecki startup Voodin Blade Technology chce zmienić sposób produkcji łopat turbin wiatrowych. Zamiast trudnych w recyklingu kompozytów z włókna szklanego firma zamierza wykorzystać drewno warstwowe. W hiszpańskiej Nawarrze ma powstać pierwsza na świecie wielkoskalowa fabryka drewnianych łopat. Produkcja ma ruszyć w 2031 roku.
Wiatraki mają problem, o którym rzadko się mówi
Energetyka wiatrowa jest jednym z filarów transformacji energetycznej, ale wraz z szybkim wzrostem liczby turbin pojawia się problem zagospodarowania ich zużytych elementów. Szczególnie kłopotliwe są łopaty wirników.
Większość współczesnych łopat powstaje z kompozytów wykorzystujących włókno szklane oraz żywice epoksydowe. Materiały te zapewniają odpowiednią wytrzymałość przy stosunkowo niewielkiej masie, ale jednocześnie są bardzo trudne do rozdzielenia i ponownego wykorzystania.
Według danych przywoływanych przez twórców projektu około 78 proc. zużytych łopat trafia obecnie na składowiska lub jest spalanych. Przy rosnącej liczbie instalacji problem będzie się tylko powiększał.
Globalna moc elektrowni wiatrowych przekroczyła już 1000 GW, a zgodnie z przedstawionymi założeniami do 2030 roku miałaby wzrosnąć do ponad 3000 GW. To oznacza nie tylko konieczność produkowania kolejnych turbin, lecz także znalezienia sposobu na zagospodarowanie milionów ton materiałów po zakończeniu ich eksploatacji.
Szacunki wskazują, że do 2050 roku odpady pochodzące z łopat turbin wiatrowych mogą osiągnąć około 43 mln ton.
Drewno zamiast włókna szklanego
Na ten problem odpowiedzią ma być projekt VB1F, rozwijany przez niemiecki startup Voodin Blade Technology wraz z europejskimi partnerami.
Firma planuje wykorzystać drewno pochodzące z certyfikowanych europejskich lasów. Surowcem mają być przede wszystkim świerki i jodły nordyckie. Drewno podczas wzrostu pochłania dwutlenek węgla, a wykorzystanie go w konstrukcji łopat pozwala zatrzymać część tego biogenicznego węgla w materiale na czas jego użytkowania.
Nie chodzi jednak o wykonanie łopaty z klasycznych drewnianych desek.
Drewno zostanie najpierw rozwarstwione na bardzo cienkie arkusze, które następnie zostaną sklejone w materiał znany jako Laminated Veneer Lumber (LVL). Jest to rodzaj konstrukcyjnego drewna warstwowego, charakteryzującego się wysoką wytrzymałością, stabilnością wymiarową oraz odpornością na zmęczenie materiału.
To właśnie te właściwości mają pozwolić wykorzystać LVL w konstrukcjach narażonych na ogromne i powtarzające się obciążenia.
Łopaty będą powstawać dzięki cyfrowej produkcji
Projekt zakłada również wykorzystanie zaawansowanej automatyzacji. Drewniane elementy LVL będą obrabiane przy wykorzystaniu maszyn CNC.
Cyfrowe modele CAD posłużą do precyzyjnego frezowania materiału i nadawania mu aerodynamicznego kształtu. Dzięki temu producent chce połączyć tradycyjny surowiec z nowoczesną, zautomatyzowaną produkcją przemysłową.
To istotne, ponieważ w przypadku turbin wiatrowych skala konstrukcji jest ogromna. Łopaty współczesnych turbin mają dziesiątki metrów długości, a ich konstrukcja musi wytrzymać tysiące godzin pracy w zmiennych warunkach atmosferycznych.
Jeżeli technologia Voodin Blade Technology sprawdzi się w praktyce, drewniane łopaty nie będą więc ciekawostką, lecz alternatywą dla jednego z najbardziej problematycznych materiałów stosowanych obecnie w energetyce wiatrowej.
Największą zaletą ma być recykling
Najważniejsza różnica pojawi się jednak pod koniec życia łopaty.
W przypadku kompozytów stosowanych obecnie recykling jest skomplikowany, ponieważ włókna i żywice tworzą trudną do rozdzielenia strukturę. LVL można natomiast wykorzystać ponownie w innych zastosowaniach organicznych lub przemysłowych.
Oznacza to możliwość stworzenia bardziej zamkniętego obiegu materiału.
To szczególnie ważne w momencie, gdy energetyka wiatrowa szybko zwiększa swoją skalę. Sama produkcja energii z wiatru nie generuje emisji podczas pracy turbiny, ale cały cykl życia urządzeń również ma znaczenie dla rzeczywistego śladu środowiskowego tej technologii.
Fabryka w Hiszpanii ma produkować 160 zestawów łopat rocznie
Fabryka planowana w Nawarrze ma kosztować ponad 100 mln euro. Rozpoczęcie działalności komercyjnej zaplanowano na 2031 rok.
Docelowo zakład ma być w stanie produkować nawet 160 zestawów łopat rocznie. Projekt ma również stworzyć około 450 miejsc pracy i wzmocnić sektor produkcji urządzeń dla energetyki odnawialnej w regionie.
Według szacunków inwestorów zakład może w ciągu pierwszych dziesięciu lat działalności przyczynić się do uniknięcia ponad 2,4 mln ton emisji.
Czy drewniane turbiny staną się nowym standardem?
Na razie nie wiadomo, czy drewniane łopaty będą w stanie konkurować z kompozytowymi pod względem kosztów, trwałości i możliwości zastosowania w największych turbinach.
To właśnie skala będzie jednym z najważniejszych testów technologii. Producenci turbin zwiększają rozmiary urządzeń, ponieważ większy wirnik pozwala pozyskiwać więcej energii z pojedynczej instalacji. Łopaty muszą więc radzić sobie z coraz większymi obciążeniami.
Projekt VB1F jest jednak interesujący z innego powodu. Pokazuje, że rozwój energetyki odnawialnej coraz częściej koncentruje się nie tylko na zwiększaniu produkcji energii, ale również na całym cyklu życia urządzeń.
Jeżeli drewniane łopaty okażą się wystarczająco trwałe i opłacalne, mogą stać się jednym ze sposobów na rozwiązanie problemu, który paradoksalnie powstał wraz z sukcesem energetyki wiatrowej.
Wiatr ma być czystym źródłem energii, ale przyszłość tej technologii będzie zależała również od tego, jak czysto będziemy potrafili produkować, użytkować i później zagospodarowywać same turbiny.
Foto: Voodin Blade Technology.