Cánh tua bin gió ngoài khơi có thể được chế tạo từ xốp nhựa nhiệt dẻo

Các tuabin gió ngoài khơi có kích thước càng ngày càng tăng, nên việc vận tải, thiết kế, tháo dỡ và tiêu hủy các cánh tua bin khổng lồ này đang đặt ra thử thách mới cho các nhà khai thác.

 

Ảnh minh họa

 Cho nên các nhà nghiên cứu tại Fraunhofer, Đức đã hợp tác cùng các chuyên gia của nghề công nghiệp vững mạnh xốp nhựa nhiệt dẻo vững bền và vật liệu composit để chế tạo cánh quạt trọng lượng nhẹ và có thể tái chế.

Xu hướng xây dựng các nông trại gió ngoài khơi quy mô lớn vẫn không giảm sút. Các tua bin gió được lắp đặt có chiều dài cánh là 80m và đường kính cánh hơn 60m để tăng tối đa sản lượng năng lượng. Bởi vì chiều dài cánh bị tránh do trọng lượng, nên cần phải phát triển các hệ thống nhẹ bằng nguyên liệu có độ bền cao.

Các tuabin gió trọng lượng nhẹ sẽ dễ tháo lắp và còn tăng độ bình ổn của chúng trên biển. Trong dự án WALiD (Cánh quạt dùng lắp đặt nhẹ tiên tiến chi phí-hiệu quả) của Liên minh châu Âu (EU), các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ hóa học ICT Fraunhofer ở Pfinztal, Đức đã liên kết nghiêm ngặt cùng mười đối tác công nghiệp và đối tác nghiên cứu để dùng cánh quạt trọng lượng nhẹ. Bằng cách cải tiến dùng và vật liệu thiết kế, nhóm nghiên cứu kì vọng sẽ giảm trọng lượng cánh và tăng tuổi thọ của cánh.

Nhựa nhiệt dẻo đang thay thế vật liệu nhựa nhiệt rắn

Ngày này, cánh tua bin gió chủ yếu được sản xuất thủ công từ hệ thống nhựa nhiệt rắn. Ngoài ra, cánh tua bin này không thể nóng chảy và không đạt để tái chế vật liệu. Chất thải nhựa nhiệt rắn dạng hạt tốt nhất Hà Nội nên được tái chế làm chất độn trong các áp dụng đơn giản. "Trong dự án WALiD, nhà máy chúng tôi thực hành thiết kế cánh trọn vẹn mới. Nhà máy chúng tôi chuyển đổi lớp nguyên liệu và lần trước hết thiết kế nhựa nhiệt cho cánh quạt. Đây là nhựa nóng chảy nhưng mà chúng tôi có thể xử lý hiệu quả trong các cơ sở chế tạo tự động", Florian Rapp, điều phối viên dự án tại Fraunhofer ICT nói. Mục tiêu của nghiên cứu là tách các sợi thủy tinh cùng sợi các bon và tái sử dụng vật liệu nền của nhựa nhiệt dẻo.

Đối với lớp vỏ ngoài của cánh quạt cũng như các phòng ban của cấu trúc giúp đỡ bên trong, các đối tác dự án thiết kế vật liệu nhiều lớp được làm từ xốp nhựa nhiệt dẻo và nhựa cốt sợi. Nhìn chung, nhựa nhiệt dẻo cốt sợi các bon được thiết kế cho các nơi của cánh phải chịu lực lớn, trong khi sợi thủy tinh gia cố các khu vực chịu lực ít hơn. Đối với phần lõi, nhóm nghiên cứu đang vững mạnh xốp nhựa nhiệt dẻo kết hợp cùng các lớp vỏ làm từ nhựa nhiệt dẻo. Sự liên kết này cải thiện độ bền cơ học, hiệu quả và tuổi thọ của cánh tua bin.

Nguyên liệu xây dựng trọng lượng nhẹ cho các ứng dụng mới

Xốp ICT có được các thuộc tính ưu việt hơn so với các dây chuyền nguyên liệu hiện có nên cho phép triển khai các vận dụng tất cả mới, ví dụ trong nghề công nghiệp ô tô, hàng không và hàng hải. Trong xe, các nhà sản xuất đã sử dụng nguyên liệu xốp cho kính chắn và ghế ngồi, đây không phải là các cấu trúc chịu lực.

Xốp thông dụng có một số chống như độ bất biến nhiệt, thành thử, chẳng thể được thiết kế gần động cơ. "Ngược lại, xốp nhựa nóng chảy của nhà máy chúng tôi lại bình ổn nhiệt và đảm bảo để thiết kế làm nguyên liệu cách nhiệt cho các vị trí gần động cơ. Xốp nhựa mới về vĩnh viễn, còn có bản lĩnh chịu nhiệt cao hơn xốp polystyrene giãn nở (EPS) hay polypropylene (EPP) giãn nở. Nhờ có các tính chất cơ học được cải tiến, xốp nhựa nhiệt dẻo có thể được lắp đặt trong các môđun cửa hoặc thành phần làm cứng trong nguyên liệu composit nhiều lớp" Rapp nói. Xốp nhựa nhiệt dẻo có thể được xử lý nhanh và tiết kiệm nguyên liệu. Lợi thế nữa là xốp nhựa nhiệt dẻo có sẵn hơn nguyên liệu lõi nhiều lớp tái tạo như gỗ balsa.

Nguyên liệu mới được sản xuất tại nhà máy ép đùn xốp của Viện Công nghệ hóa học ICT Fraunhofer. Rapp giảng giải quy trình gia công nguyên liệu như sau: "Nhà máy chúng tôi làm tan chảy các hạt nhựa, trộn cùng chất tạo khí thành polime nóng chảy và tạo độ xốp cho nguyên liệu. Sau đó, các hạt xốp bình ổn và sản phẩm bán tinh luyện được tạo hình và cắt như đợi mong". Trong lĩnh vực polime xốp, nhóm nghiên cứu đề cập tới hệ thống sản xuất xốp nhựa nhiệt dẻo từ việc phát triển nguyên liệu và gia công các hạt xốp ép đùn cũng như bán thành tựu cho tới xử lý môi trường và thành phẩm.

Xem thêm: sản xuất vỏ tủ điện