Reciclagem de resina e fibra de resíduos de pás de turbinas eólicas por meio de moléculas pequenas

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9270 (2023) Citar este artigo

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A energia eólica tem significativo potencial de crescimento e aplicabilidade em escala global, mas aproximadamente 2,4% das pás dos aerogeradores devem ser desativadas anualmente. A maioria dos componentes da lâmina pode ser reciclada; no entanto, pás eólicas raramente são recicladas. No presente estudo, foi apresentado um método alternativo envolvendo uma técnica assistida por moléculas pequenas com base em uma reação dinâmica que dissolve materiais compósitos residuais contendo grupos éster para reciclar pás de turbinas eólicas em fim de vida. Este processo eficaz requer temperaturas abaixo de 200 °C, e o componente principal, ou seja, a resina, pode ser facilmente dissolvido. Este método pode ser aplicado para reciclar materiais compósitos, como pás de turbinas eólicas e compósitos de fibra de carbono compreendendo fibras e resinas. Dependendo do resíduo, pode-se atingir até 100% do rendimento da degradação da resina. A solução utilizada para o processo de reciclagem pode ser reutilizada várias vezes e pode ser reutilizada para obter componentes à base de resina e criar um circuito fechado para este tipo de material.

O vento é uma fonte de energia totalmente renovável com recursos infinitos e tecnologia eficiente para sua utilização. Europa, China e turbinas eólicas offshore estabeleceram novos recordes em 2020, instalando mais de 93 GW para um total de 742,7 GW1. A UE projeta que novas construções aumentarão a capacidade de energia eólica para 323 GW até 2030, de 205 GW2. A energia eólica fornece 15% da eletricidade da UE e, até 2030, fornecerá 30%. Entre 2020 e 2030, muitas turbinas eólicas dos anos 2000 serão desativadas e desmontadas3,4. Alemanha, Espanha e Dinamarca tinham 41–57% das turbinas eólicas instaladas na Europa, com tempo de exploração atingindo mais de 15 anos em 20205,6. Em 2021, a potência total de turbinas eólicas de 4 GW (6.000 turbinas) pode ser desativada devido ao vencimento do suporte de 20 anos7. Anualmente, 2,4% de todas as pás de turbinas eólicas na Europa são substituídas8. Grandes materiais compostos, como pás eólicas, raramente são reciclados9,10,11,12,13, e muitas pás desmontadas e aterradas sobrecarregam o meio ambiente, resultando em perda de energia química e potencial de material para reciclagem.

As pás das turbinas eólicas possuem uma composição complexa, contendo revestimentos termoplásticos, termofixos/vidro e compósitos de fibra de carbono14, fibra de carbono, madeira balsa e adesivos15. Essa composição dificulta muito a separação dos materiais e posterior reaproveitamento das frações separadas16,17,18,19. Um adicional de 1 kW de energia eólica instalada requer 12–15 kg de compósitos, incluindo materiais de pás20. Os polímeros termofixos reticulados dos compósitos da camada externa não podem ser fundidos ou remodelados, tornando até mesmo os estágios iniciais de reciclagem problemáticos21,22,23,24,25,26. Os métodos mecânicos27,28,29,30, térmicos31 e químicos32,33,34,35,36 de reciclagem de compósitos termofixos foram desenvolvidos por pesquisadores. As técnicas de reciclagem térmica de pirólise e gaseificação têm classificações TRL de 9 e 5/6, respectivamente37,38. Infelizmente, as condições de pirólise com temperaturas superiores a 500 °C podem danificar as fibras retendo resíduos de oxidação, carvão ou estrutura química. Também nem sempre é econômico e sua adequação depende da tecnologia utilizada. Se o processo de conversão térmica for realizado como um processo autotérmico, alguns ou todos os voláteis emitidos pelo processo devem ser usados. Como resultado, alguns, se não a maioria, dos compostos orgânicos recuperáveis ​​de tal fluxo são perdidos. Além disso, os processos de conversão térmica produzem misturas complexas que requerem processos adicionais de alta temperatura, como destilação, hidrodesoxigenação ou hidrocraqueamento antes do uso. A solvólise, utilizada neste trabalho, recupera fibras limpas e intactas e reutiliza a resina, o que pode fechar o ciclo dos compostos de resina reforçados com fibras39. Devido à alta temperatura (ainda mais baixa do que a pirólise ou gaseificação) e condições de alta pressão, que permitem que volumes significativos de solventes sejam coletados e reintroduzidos, essa técnica é ineficiente e consome muita energia. Este método oferece a melhor relação custo-benefício dos itens, apesar de um TRL de 5/626,40.