Power Shift es la serie de Ellyn Lapinte en Gizmodo que explora avances en tecnología verde centrada en energías renovables, modernización de la red, y reducción de emisiones.
En la ingeniería de las turbinas eólicas la clave está en su durabilidad. Esas aspas gigantes siempre a la intemperie necesitan resistir todo lo que la naturaleza les envíe a lo largo de décadas. Pero cuando llegan al final de su vida útil, esa durabilidad se convierte en un problema.
Si se descartan las aspas en rellenos de terrenos, ocuparán demasiado lugar y se desperdician materiales que podrían servir y ser de utilidad en algo más. Lo que sucede es que las aspas de las turbinas eólicas son tan duraderas que romperlas y reciclarlas representa un desafío importante. En un trabajo que se publicó hoy en Chem Circularity de Cell Press, unos investigadores presentan un concepto novedoso que podría sortear esos obstáculos.
Al calentar rápidamente los restos de las aspas de turbinas con breves estallidos de energía, pudieron obtener carburo de silicio y grafeno, dos valiosos materiales de fabricación que se pueden usar para mejorar las propiedades mecánicas y térmicas de las aspas nuevas. En comparación con las técnicas actuales de reciclado como la disolución química y la recuperación por calor, el concepto recorta las emisiones de gas invernadero en 92% y 83% respectivamente.
“Se puede utilizar para convertir los residuos sin valor en residuos valiosos”, le dijo a Gizmodo el autor principal Hao Bi, ingeniero en medioambiente en la Universidad Tsinghua de Beijing.
Aspas que siguen girando
Las aspas de las turbinas eólicas por lo general son de fibra de vidrio, que contiene silicio, una reina de polímero rica en carbono. Cuando estos materiales alcanzan temperaturas super calientes el carbono puede reaccionar con el silicio para formar carburo de silicio, un compuesto extremadamente duro y resistente al calor. Los átomos de carbono también se pueden reorganizar en una red plana con estructura como la de un panal, el grafeno, codiciado por ser fuerte y capaz de conducir el calor y la electricidad.
Para extraer estos materiales de las aspas de turbinas en desuso Bi y sus colegas usaron la técnica de calentamiento conocida como flash Joule. Explicó que se trata de un “pulso eléctrico de corriente elevada que se aplica a materiales conductores para elevar su temperatura hasta los 2.000 °C o más, en milisegundos”.
El calentamiento flash Joule se utiliza ya para convertir residuos plásticos y de biomasa en grafeno y otros carbonos nanoestructurados, y resulta útil para extraer materiales útiles de las aspas de las turbinas eólicas descartadas.
Los investigadores crearon primero una mezcla de aspas pulverizadas y carbono elemental casi puro, y luego sometieron esa mezcla al calentamiento flash Joule en varios experimentos. En general, convirtieron alrededor del 56% de la mezcla en un compuesto de carburo de silicio y grafeno, 34% carburo de silicio y 66% de grafeno.
Con tan solo añadir estos productos en una proporción de 0,3% del peso de la resina, se logró que fuese más rígida y fuerte, mejorando su resistencia a la deformación en 27% ante la tensión y un 9% para doblarla. Al añadir 0,1% por peso la propiedad de difusión térmica aumentó en 41%.
Así, el carburo de silicio y el grafeno que se extraen de las aspas de turbinas eólicas que se retiran, pueden utilizarse para fabricar aspas nuevas que son más duraderas aún. Sin embargo, el desafío está en escalar este proceso.
Escalarlo sería lo próximo
Bi y sus colegas solo pudieron hacer sus experimentos con pocas cantidades de residuos de aspas y mezcla de los residuos, usando apenas 10 gramos, nada relevante en términos de escala.
Su equipo ya diseñó y construyó un reactor a mayor escala para procesar 200 gramos, pero todavía les falta optimizarlo. Bi destacó en particular que hace falta asegurarse de que el nuevo reactor pueda calentar el material de manera uniforme, produciendo calidad consistente en el resultado.
“Diría que este trabajo es prueba prometedora del concepto, con resultados iniciales que se pueden escalar pero resulta difícil predecir cuándo podría usarse en las grandes instalaciones de los campos eólicos”, afirmó Bi.
A escala comercial, los investigadores calculan que su concepto de reciclado podría dar como resultado ganancias de unos US$80 por tonelada de material debido al elevado valor del carburo de silicio y el grafeno que se recuperan. Los métodos de reciclado convencionales exigen que los operadores paguen por procesar los residuos. La pirólisis cuesta US$460 por tonelada, y la disolución química unos US$1.800 por tonelada, según explicó Bi.
El concepto serviría para incentivar un sistema de fabricación de aspas para turbinas que cierre el círculo y haga que esta fuente de energía renovable sea más sustentable. Sin embargo, el camino hasta poder hacerlo a gran escala será bastante largo.
