Mała architektura i beton z łopaty turbiny wiatrowej? Naukowcy dadzą nowe życie zużytym materiałom

Urządzenia na place zabaw, wiaty rowerowe, kruszywo dla budownictwa – międzywydziałowy zespół badawczy z Politechniki Gdańskiej szuka sposobów na możliwie energooszczędny sposób recyklingu wyeksploatowanych łopat turbin wiatrowych. Naukowcy liczą, że wypracowane rozwiązania pomogą nie tylko chronić środowisko, ale i zwiększyć dostępność materiałów budowlanych.

Zespół badawczy z Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiska oraz Wydziału Architektury, pod kierunkiem prof. Magdaleny Ruckiej, opracuje system zarządzania wycofanymi z eksploatacji łopatami turbin wiatrowych w celu ich ponownego wykorzystania w budownictwie i architekturze.

Nowe zastosowania cennego materiału

Łopaty turbin wiatrowych w większości wykonane są z polimerowego materiału kompozytowego.

– Są to głównie struktury warstwowe, składające się z tkanin szklanych i węglowych oraz żywicy. Dzięki dużej zawartości włókien mają bardzo wysoki stosunek wytrzymałości do masy oraz znakomitą nośność i trwałość, ale te cechy równocześnie sprawiają, że są trudne do utylizacji – mówi prof. Magdalena Rucka, kierownik projektu i Katedry Wytrzymałości Materiałów.

Łopaty projektowane są średnio na okres 20-25 lat, a po wycofaniu z użytku należy je zutylizować.

­– Obecnie odbywa się to najczęściej poprzez składowanie na wysypiskach lub poprzez recykling z wykorzystaniem metod mechanicznych, metod termicznych lub chemicznych. Wiele z tych podejść charakteryzuje się dużą energochłonnością i jest nieprzyjaznych dla środowiska. W naszym projekcie chcemy zaproponować kompleksowe podejście do recyklingu łopat o możliwie niskiej energochłonności w stosunku do obecnie stosowanych metod, które wykorzysta dużą nośność łopaty i w efekcie przyczyni się do zmniejszenia bieżących problemów w budownictwie, w tym związanych ograniczoną dostępnością niektórych materiałów – tłumaczy prof. Magdalena Rucka.

Wiata rowerowa, dźwigar mostu, spoiwo do betonu

Projekt podzielono na trzy równolegle realizowane części, w ramach których zespoły badawcze wypracują metodykę dla kilku wariantów ponownego wykorzystania łopat.

Część pierwsza projektu, kierowana przez dr inż. Monikę Zielińską, będzie realizowana przez architektów.

– Zorganizowany zostanie otwarty konkurs architektoniczny na koncepcje wykorzystania łopaty w różnych elementach małej architektury, w tym wiatę na rowery, która mogłaby stanąć na terenie kampusu – mówi dr inż. Monika Zielińska.

W drugiej części, pod kierunkiem dr hab. inż. Mikołaja Miśkiewicza, prof. PG naukowcy ocenią możliwości wykorzystania fragmentów łopat jako elementów nośnych w zastosowaniach budowlanych i infrastrukturalnych. Powstanie m.in. koncepcja dźwigara mostu dla pieszych.

–  Obecnie nie ma usystematyzowanych rodzajów łopat turbin wiatrowych, każda z nich to niezależna konstrukcja i może mieć różne zastosowania, dlatego planujemy opracowanie metodyki postępowania z nimi – mówi prof. Mikołaj Miśkiewicz. – Na początek ocenimy stan pozyskanych łopat po zakończonej eksploatacji na farmach wiatrowych. Jeżeli do zastosowań konstrukcyjnych będzie można wykorzystać całość lub większą część łopaty, uwzględniając ewentualne zniszczenia i rozwarstwienia materiału, to będziemy mogli wykonywać elementy konstrukcyjne oraz elementy małej architektury.

Jako potencjalne zastosowania większych fragmentów materiału naukowcy wymieniają także m.in. wszelkiego rodzaju zadaszenia, w tym ciągów komunikacyjnych, ogrodzenia, ścianki do wspinaczki, konstrukcje fundamentów.

– Natomiast jeżeli stan łopaty, którą dostaniemy w obróbkę nie pozwoli na wykorzystanie jej w ten sposób, to mamy rozpoznane kierunki działania, które umożliwią nam rozdrobnienie łopaty i zastosowanie jej jako kruszywa – dodaje prof. Miśkiewicz.

Trzecia część projektu, realizowana pod kierunkiem dr inż. Marzeny Kurpińskiej, będzie polegać właśnie na ocenie możliwości wykorzystania zmielonych części łopat jako zamiennika kruszywa do betonu. Naukowcy szacują, że zmielone łopaty mogłyby stanowić nawet 40 procent objętości kruszywa naturalnego stosowanego do wytwarzania mieszanki betonowej wykorzystywanej w konstrukcjach inżynierskich, zachowując właściwości wytrzymałościowe i trwałość betonu.

– Wydobycie kruszyw naturalnych oraz metoda ich uszlachetniania przez płukanie i kruszenie w taki sposób, aby nadawały się do produkcji betonu wymaga dużych nakładów energii. Ponadto w części regionów występują problemy z dostępnością niektórych frakcji kruszywa. Widzimy możliwość, aby część kruszywa zastępować tym z recyklingu łopat. Wstępne badania, które przeprowadziliśmy są obiecujące. Przed nami jeszcze czasochłonne badania trwałościowe, w wyniku których będziemy mogli określić użyteczność tak zmodyfikowanego kompozytu cementowego – mówi dr inż. Marzena Kurpińska.

Temat znany i rozwijany, ale potrzebne nowe podejścia

Jak podkreślają naukowcy, utylizacja łopat turbin wiatrowych to problem, z którym już teraz mierzy się świat.

 – Przewidujemy, że w Polsce, w związku z rozwojem energetyki wiatrowej, w tym morskiej, ten problem także będzie narastać, a my zaproponujemy wówczas gotowe rozwiązania – tłumaczy prof. Magdalena Rucka. – Recykling łopat to ważny temat, który jest rozwijany w wielu ośrodkach na świecie, ale wiele aspektów jest jeszcze nie do końca rozpracowanych albo można do nich podejść w inny sposób i nasze badania są na to ukierunkowane.