kronikken blog

Fremtidens vindmøllevinger kan måske komposteres

Illustration: Privatfoto

Morten Rask er cand.scient. i fysik, erhvervspostdoc ved DTU Vindenergi

Vindmøllevinger af naturfibre fra hør og hamp lyder eksotisk, men det kan vise sig at være en løsning på det miljøproblem, som skrotning af de traditionelle glasfibervinger udgør.

Således forskes der i øjeblikket i at udvikle naturfiberbaserede kompositmaterialer med mekaniske egenskaber, der gør at de kan konkurrere med glasfiberkompositter. Målet er at opnå et alternativt materiale med den fornødne styrke, og som samtidig er bæredygtigt og nedbrydeligt.

Den nuværende situation er dog, at naturfibre typisk kun er halvt så stærke som glasfibre, selv når der tages højde for den lavere densitet af naturfibre. På det teoretiske molekylære plan har naturfibre dog potentiale til at opnå endog meget høj styrke. Gennem mit ph.d.-projekt har jeg søgt at bidrage til yderligere forståelse og forbedring af naturfiberkompositters styrkeegenskaber.

Naturfibre fra eksempelvis hør og hamp har tykkelser på 10-20 mikrometer og længder op til 50 mm. I planten er fibrene placeret i bundter i den ydre del af plantens stængel, hvorved fibrene tjener til at holde planten opret.

Fibrene er cementeret sammen af pektinforbindelser. For at kunne anvende naturfibre i kompositmaterialer skal de først separeres fra stænglen. Dette gøres traditionelt ved en rødningsproces (en form for kontrolleret forrådnelse), hvorved pektinforbindelserne nedbrydes. Derefter spindes fibrene til garn, der i form af et væv indstøbes i et plastmateriale, hvorved man har et kompositmateriale.

I mit ph.d.-studie har jeg undersøgt sammenhængen mellem mikrostruktur og styrke af naturfiberkompositter, bl.a. ved hjælp af avancerede tomografi målinger. Paul Scherrer Instituttet i Schweiz råder over en stor synkrotronfacilitet, kaldet Swiss Light Source (SLS). Her kan forskere få adgang til tomografiudstyr, ikke ulig en CT-scanner på et hospital - dog med den væsentlige forskel, at udstyret ved SLS har så høj en opløsning, at detaljer mindre end 1 mikrometer kan skelnes.

Under et besøg ved SLS udførte jeg, sammen med tre kolleger, et tomografistudie, hvor vi foretog 3D-scanninger af små naturfiberkomposit-emner ved en række belastningstrin. Således kunne vi få et indtryk af, hvordan og hvornår de forskellige skadestyper opstår og udvikles i kompositmaterialet helt ned på fiberniveau.

Det er et kendt faktum at en mængde naturfibre typisk indeholder fiberbundter bestående af 2-20 enkeltfibre. Sådanne bundter er 'overlevende' fra separationsprocessen. Ved tomografistudiet fandt vi at disse bundter har i hvert fald to uheldige konsekvenser for styrken af kompositmaterialet:

1) Hvis én fiber i bundtet knækker, knækker alle fibre i bundtet umiddelbart efter, og derved skabes en spændingskoncentration, som svækker kompositmaterialet.

2) De store fiberbundter har svært ved at opretholde en god binding til matrixmaterialet, hvilket også svækker kompositmaterialet.

Det er således klart at sådanne fiberbundter bør undgås. Det er faktisk også muligt at udvinde naturfibre, der er så velseparerede, at der ingen fiberbundter findes blandt fibrene. Dette kræver dog nogle relativt hårdhændede kemiske metoder, som har vist sig at svække de individuelle fibre. Så umiddelbart er valget i øjeblikket et trade-off mellem 1) stærke fibre blandet med svækkende fiberbundter og 2) svage velseparerede fibre.

Ovenstående dilemma skyldes, at naturfibre til kompositbrug endnu ikke er fuldt modne. Eksempelvis er de traditionelle fiberseparationsteknikker direkte adapteret fra tekstilbranchen. Der er dog flere forskergrupper verden rundt, der arbejder på at udvikle metoder til at separere naturfibre fuldstændigt, uden at det reducerer styrken af de enkelte fibre.

Der er desuden flere af procestrinene til fremstilling af fibre til tekstilbrug (såsom snoning af fibrene til fibergarner), der i bedste fald er unødvendige og i værste fald har en negativ indflydelse på de mekaniske egenskaber i kompositsammenhæng. Når dette kommer på plads, vil naturfibre være et skridt nærmere at kunne konkurrere direkte med glasfibre.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Hej Morten,

Håber du læser dette og giver dig tid til at svare.

Det er spændende at læse om dine studier i naturfibre, som sikkert kan åbne mange muligheder, også udover møllevinger.

Jeg blev dog ikke klogere med hensyn til hvorfor vinger af naturfibre skulle være afgørende lettere at nedbryde og/eller genbruge end vinger af glas- eller kulfibre.

Det forekommer mig fortsat at være polyesteren, og ikke fibrene, der er problemet - for kan man separere fibrene fra polyesteren, kan de enten genbruges (glas- og kulfibre) eller komposteres.

Spørgsmål 1:

Jeg formoder at fibrene skal "bindes sammen", for at kunne udgøre et materiale med den fornødne stivhed og trækstyrke, nøjagtigt som tilfældet er med glas- og kulfibre.

Derfor støbes fibrene ind i kemisk hærdende polymerer - og dermed er der tale om komposit.

Hvis naturfibrene på samme måde skal støbes ind i polymer for at kunne yde de mekaniske egenskaber, så er der jo også her tale om komposit (hvad du også skriver), med tilhørende problematik omkring separation af komponenterne - før fibrene kan nedbrydes og/eller genbruges.

Hvorledes adskiller problematikken sig så fra glas- og kulfibre?

Er der tale om en anden type polyester - som er "let-separerbar", men kun anvendelig til naturfibre?

Hvordan separeres polyesteren fra naturfibre?

Spørgsmål 2:

  • som måske ligger lidt udenfor dit område, men ret væsentligt i.f.t. dit udsagn; "miljøproblem, som skrotning af de traditionelle glasfibervinger".

Glasfibervinger kan eksempelvis separeres ved pyrolyse-forgasning.

Her forgasses polyesteren ved ca 600 grader C (svjh), og gassen anvendes som energikilde til processen - oven i købet med et energioverskud, som kan bruges til opvarmning, (eller måske sendes direkte ud på gasnettet?).

De blottede glasfibre kan eksempelvis bruges til isoleringsbats.

Processen er dyr - ja - men i forhold til hvad?

I forhold til at deponere vingerne gratis, er alting jo dyrt - men i forhold til møllens samlede indtjening gennem levetiden, er det jo peanuts.

Processen skulle efter sigende være rentabel til separation af kulfiberkomposit, p.g.a. genbrugsværdien i kulfibrene. Dyrere er processen altså ikke.

Vinger af naturfibre må i hvert fald ikke være meget dyrere, før omkostningen er den samme, kan jeg deraf udlede.

Gassen, og dermed den brugte og udvundne energi, er fossil, da polymeren jo er fremstillet af fossil olie (mængden er dog negligibel i.f.t. møllens energiudbytte), men det er vel blot et emne for forskning og videreudvikling af biologiske polymerer?

Hvorfor er pyrolyse-forgasning et problem?

  • 0
  • 0

Var det ikke bedre at forlænge levetiden for vingerne og derved genbruge [b]hele[/b] møllevinger. For slitagen ligger jo et andet sted ved vindmøllerne. Denne løsning der beskrives kunne bedre bruges i udstyr med kortere levetid, hvor der ikke behøves polymerer. Som f.eks.overfladebehandlet presset hamp.

http://www.licitationen.dk/artikel/VisArti...

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten