Svijet čeka posve nova vrsta zagađenja, a njoj nećemo moći umaći ni mi. Do 2050. godine bit će iskorišteno čak 42 milijuna tona elisa s vjetroelektrana. Ti su vitalni dijelovi svake vjetroelektrane napravljeni od vlaknima ojačanih epoksidnih kompozita, a do sada nije osmišljen efikasan način za njihovo recikliranje. Primjena im je odavno pronađena, takvi se materijali između ostalog koriste i u zrakoplovnoj i u automobilskoj industriji, kao i za vjetroelektrane ponajprije zbog svoje male težine i visoke izdržljivosti.
Kompoziti se temelje na duromernim smolama ojačanima staklenim ili ugljičnim vlaknima. Umjesto održivih strategija recikliranja, takve kompozitne strukture kad uporaba dođe kraju, upravo poput lopatica vjetroturbina, obično završavaju na odlagalištima. U recentnom znanstvenom radu objavljenom u časopisu Nature, koji potpisuju danski znanstvenici sa Sveučilišta u Aarhusu, predstavlja se prijelazni protokol katalize metala za izvlačenje gradivnog bloka polimera bisfenol A i netaknutih vlakana iz epoksidnih kompozita. Odnosno, pokazuje se kako su pristupi kemijskog recikliranja termoreaktivnih epoksidnih smola i kompozita mogući.
Za razliku od termoplasta na kraju upotrebe, koji se mogu rastaliti i preliti u nove oblike, umreženi polimerni lanci duromera čine te materijale neprikladnima za mehaničko recikliranje. Nedavno je katalitičko hidrogeniranje duromernih poliuretanskih proizvoda predstavljeno kao strategija koja može ostvarivati ovo načelo, navodi se u ovoj studiji.
Energija vjetra doprinijela je s približno šest posto globalne opskrbe energijom već u 2020., a predviđa se znatan rast u bliskoj budućnosti. S druge strane, do 2050. nakupit će se 43 milijuna tona iskorištenih lopatica vjetroturbina. Istodobno, održive tehnologije recikliranja takvih polimernih materijala gotovo i ne postoje. Epoksidne smole nisu biorazgradive i ispuštaju otrovne plinove pri spaljivanju, što u konačnici dovodi do odlaganja kao glavnog puta za njihovo uklanjanje.
Od 2020. godine samo je oko 1 posto kompozita koji se više ne koriste ponovno korišteno, i to usitnjavanjem materijala i njegovom upotrebom kao punila u građevinarstvu. Zbog svoje neučinkovitosti i neodrživosti, odlaganje lopatica vjetroturbina zabranilo je nekoliko europskih zemalja, a očekuje se da će njihov primjer slijediti i druge. Stoga je sve veća potreba za održivim strategijama recikliranja epoksidnih smola i njihovih kompozita. Elise vjetroturbina vrte se do 30 puta u minuti i vrlo su izdržljive, no i njihovu eksploatacijskom vijeku dođe kraj.
– Održiva energija nam treba, ali također moramo voditi računa i o otpadu te moramo pronaći rješenje za njega, kazao je za MIT-jev Technology Review Alexander Ahrens sa Sveučilišta u Aarhusu, koji je glavni autor ove studije. Elise su, znači, napravljene od epoksidne smole, vrste izuzetno čvrste plastike. Kod dobivanja ovakve smole kemijske veze postanu toliko čvrstima da više ne postoji mogućnost da se ona rastali i nanovo oblikuje, odnosno reciklira, kao što je to slučaj kod PET ambalaže. K tome, da bi se dodatno dobilo na čvrstoći, u proizvodnji elisa koriste se i staklena vlakna, pa se dobiva fiberglas, odnosno stakloplastika, od kojeg se izrađuju avionska krila ili brodovi.
– Zbog izdržljivosti tih materijala danas nema adekvatne tehnologije kojom bi ih se moglo reciklirati, kazao je Ahrens. Korištenjem postojećih metoda praktično se uništava epoksidni dio komponente s vjerojatnim oštećivanjem vlakana čime takvi procesi postaju nepotrebnima.Na Sveučilištu u Aarhusu osmislili su pristup u kojem se veze koje čine epoksidnu smolu toliko čvrstom razbijaju, a time se oslobađa stakleno vlakno.
Danski su znanstvenici napravili to da su kompozit potopili u mješavinu otapala te dodali katalizator kojim se kemijska reakcija ubrzala. Sve su zagrijali na 160 stupnjeva Celzijevih u razdoblju od 16 sati do nekoliko dana dok se materijal nije u cijelosti razgradio. Nakon nekoliko testnih pokušaja, znanstvenici su svojom metodom pokušali razgraditi komad elise vjetroturbine od nekoliko kvadratnih centimetara. Nakon šest dana rezultat su bila gotovo savršeno čista staklena vlakna uz potporni komad metala koji se nalazi u većini elisa te nekoliko bočica sastojaka koji su se mogli koristiti za izradu novog materijala. Ovo je prvi put da su znanstvenici uspjeli razgraditi ojačani epoksidni materijal kako bi povratili sastavne dijelove elise i staklena vlakna, a da se ništa ne ošteti. Ipak, znanstvenicima je jasno da će postupak biti jako teško skalirati tako da bi on utjecao na golemu količinu otpada koja bi se mogla pojaviti.
– Ipak, ovo može poslužiti kao primjer puta koji bi mogli pratiti i drugi znanstvenici koji će možda doći do cjelovitog rješenja, rekao je Troels Skrydstrup, također sa Sveučilišta u Aarhusu, ujedno suautor studije. Pogotovo je važno što je koncept funkcionirao na stvarnom komadu otpada, odnosno korištene elise. Sada bi se trebao pronaći način da takav koncept može funkcionirati na industrijskom nivou, dakle masovno, a da bude jeftin i brz dok istodobno ostaje efikasan.
Između ostaloga problem je i to što su znanstvenici koristili katalizator koji se temelji na metalu ruteniju koji je jako skup, a potrebno ga je puno. A nakon procesa ne propada, ali teško bi ga se moglo ponovo koristiti. Prije je prof. Skrydstrup sa suradnicima osmislio još jedan pristup koji funkcionira u dvije faze, a već ga primjenjuje proizvođač vjetoturbina Vestas. No o tome još ne otkrivaju podrobnije podatke jer se studija o tom pristupu priprema za objavu u vodećim znanstvenim časopisima. I to zasigurno nisu jedine metode koje se u svijetu razvijaju.
Za mišljenje o navedenom članku upitali smo za mišljenje prof. emer. Igora Čatića.
– U pitanju je vrlo ozbiljan rad. Međutim iskustvo nas uči da je mnogo toga rađeno u laboratorijskim uvjetima. Stoga će se konačna ocjena o djelotvornosti moći donijeti kada se predložena rješenja provedu u prototipnim industrijskim postrojenjima. Istodobno, riječ je o rješavanju vrlo važnog problema gospodarenja plastičnim otpadom, kaže prof. Čatić.
>> VIDEO Vojnici pripremaju obranu od poplava u Hrvatskoj Kostajnici
Elise? Lopatice rotora.