25.08.2022 - American Chemical Society (ACS)

Windradflügel könnten eines Tages zu Süßigkeiten recycelt werden

Neues Rotorblattmaterial durch Kombination von Glasfasern mit einem pflanzlichen und einem synthetischen Polymer

Die Windenergie ist eine immer beliebtere Form der erneuerbaren Energie. Wenn es jedoch an der Zeit ist, die riesigen Rotorblätter zu ersetzen, die Wind in Strom umwandeln, ist die Entsorgung ein Problem. Jetzt berichten Wissenschaftler über ein neues Verbundharz, das sich für die Herstellung dieser Giganten eignet und später zu neuen Rotorblättern oder einer Vielzahl anderer Produkte recycelt werden könnte, darunter Arbeitsplatten, Autorücklichter, Windeln und sogar Gummibärchen. Diese Forschungsarbeit wurde auf der Herbsttagung der American Chemical Society (ACS) vorgestellt.

"Das Schöne an unserem Harzsystem ist, dass wir es am Ende seines Verwendungszyklus auflösen können, wodurch es aus der Matrix, in der es sich befindet, freigesetzt wird, so dass es in einer Endlosschleife immer wieder verwendet werden kann", sagt Dr. John Dorgan, der die Arbeit auf der Tagung vorstellt. "Das ist das Ziel der Kreislaufwirtschaft."

Die aus Glasfaser hergestellten Rotorblätter von Windkraftanlagen können eine halbe Fußballfeldlänge haben. Obwohl einige Unternehmen Wege gefunden haben, Glasfasern zu minderwertigen Materialien zu recyceln, landen die meisten ausrangierten Flügel auf der Mülldeponie. Und das Entsorgungsproblem wird sich wahrscheinlich noch verschärfen. "Größere Windturbinenblätter sind effizienter, daher stellen die Unternehmen immer größere Blätter her", sagt Dorgan. "Oftmals ersetzen Windparks die Turbinenblätter sogar vor dem Ende ihrer Lebensdauer, weil sie mit größeren Blättern mehr Strom erzeugen können.

Dorgan und Kollegen von der Michigan State University haben ein neues Rotorblattmaterial hergestellt, indem sie Glasfasern mit einem pflanzlichen und einem synthetischen Polymer kombiniert haben. Die aus diesem thermoplastischen Harz hergestellten Platten waren stark und haltbar genug, um in Turbinen oder Automobilen verwendet zu werden. Die Forscher lösten die Platten in frischem Monomer auf und entfernten die Glasfasern auf physikalische Weise, so dass sie das Material zu neuen Produkten desselben Typs umgießen konnten. Wichtig dabei ist, dass die neu gegossenen Platten die gleichen physikalischen Eigenschaften wie ihre Vorgänger aufweisen.

Neben neuen Windturbinenflügeln könnte das neuartige Harz auch für eine Vielzahl anderer Anwendungen eingesetzt werden. Durch Mischen des Harzes mit verschiedenen Mineralien stellte das Team Kulturstein her, der in Haushaltsgegenstände wie Arbeitsplatten und Waschbecken verwandelt werden kann. "Wir haben vor kurzem ein Waschbecken mit dem kultivierten Stein hergestellt, wir wissen also, dass es funktioniert", sagt Dorgan. Die Forscher könnten das zurückgewonnene Material auch zerkleinern und mit anderen Kunststoffharzen für den Spritzguss mischen, der zur Herstellung von Gegenständen wie Laptop-Hüllen und Elektrowerkzeugen verwendet wird.

Das Material könnte sogar zu höherwertigen Produkten weiterverarbeitet werden. Durch den Aufschluss des thermoplastischen Harzes in einer alkalischen Lösung wurde Poly(methylmethacrylat) (PMMA) freigesetzt, ein gängiges Acrylmaterial für Fenster, Auto-Rückleuchten und viele andere Gegenstände. Durch Erhöhen der Temperatur des Aufschlusses wurde PMMA in Poly(methacrylsäure) umgewandelt, ein superabsorbierendes Polymer, das in Windeln verwendet wird. Durch den alkalischen Aufschluss entstand auch Kaliumlactat, das gereinigt und zu Süßigkeiten und Sportgetränken verarbeitet werden kann. "Wir haben Kaliumlactat in Lebensmittelqualität gewonnen und daraus Gummibärchen hergestellt, die ich gegessen habe", sagt Dorgan.

Nachdem die Forscher nun nachgewiesen haben, dass das Harz geeignete physikalische Eigenschaften für Windturbinen hat, hoffen sie, einige mittelgroße Flügel für Feldversuche herstellen zu können. "Die derzeitige Einschränkung besteht darin, dass es nicht genügend Biokunststoff gibt, um diesen Markt zu bedienen. Es muss also ein beträchtliches Produktionsvolumen in Betrieb genommen werden, wenn wir tatsächlich anfangen wollen, Windturbinen aus diesen Materialien herzustellen", so Dorgan.

Und gibt es einen "Ekelfaktor", wenn man Süßigkeiten isst, die einmal Teil einer Windturbine waren? Dorgan glaubt das nicht. "Ein Kohlenstoffatom, das aus einer Pflanze wie Mais oder Gras stammt, unterscheidet sich nicht von einem Kohlenstoffatom, das aus einem fossilen Brennstoff stammt", sagt er. "Alles ist Teil des globalen Kohlenstoffkreislaufs, und wir haben gezeigt, dass wir von Biomasse auf dem Feld zu haltbaren Kunststoffen und wieder zurück zu Lebensmitteln übergehen können."

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