Naukowcy z Politechniki Białostockiej opracowują innowacyjne ekrany akustyczne wykorzystując zużyte gigantyczne łopaty turbin wiatrowych. Po publikacji artykułu podsumowującego prace w ramach projektu badawczego Iskra w czasopiśmie naukowym „Materials” wzbudzili zainteresowanie swoją innowacyjną koncepcją międzynarodowej grupy badawczej zajmującej się recyklingiem łopat turbin wiatrowych Re-Wind.
Prezentacja dla Georgia Institute of Technology skupiła takich naukowców jak Peter Deneey, Vesna Jaksic, T. R. Gentry, Lawrence Bank, Kieran Ruane, Gabriel Ackall oraz studentów Uniwersytetu Technologicznego w Georgii. Prezentację w formie webinaru przygotował i przedstawił dr inż. Filip Broniewicz z Katedry Konstrukcji Budowlanych i Mechaniki Budowli Wydziału Budownictwa i Nauk o Środowisku Politechniki Białostockiej.
– Okazało się, że nasz pomysł, realizowany wspólnie z Politechniką Lubelską i Politechniką Rzeszowską jest innowacyjny w skali całego świata – twierdzi dr Broniewicz. – Dziś recykling łopat turbin wiatrowych polega na cięciu ich na mniejsze części, mieleniu i wykorzystywaniu jako paliwa w piecach cementowni. Grupę Re-Wind interesuje wykorzystanie łopat turbin na wyższym poziomie – nie jako paliwa, a jako kompozytu włókna szklanego i żywicy epoksydowej – bardzo wytrzymałego materiału, który może mieć potencjalne zastosowanie w budownictwie. Mielenie i spalanie jest nieefektywne i energochłonne. Nasza koncepcja wykorzystania łopat jako paneli w ekranach dźwiękoszczelnych bardzo zaciekawiła międzynarodowe grono badaczy.
Przygotowując koncepcję ekranów – naukowcy z Politechniki Białostockiej założyli wykorzystanie trzymetrowych elementów łopat.
– Naukowców zajmujących się recyklingiem łopat turbin wiatrowych zaciekawiło, czy rzeczywiście wykorzystanie pociętych łopat zda egzamin jako wypełnienie ekranów – kontynuuje dr Broniewicz. – Zdają sobie sprawę, że jest dużo problemów związanych z łopatami turbin wiatrowych i wykorzystaniem ich jako elementów konstrukcyjnych, ponieważ mają one dość dużą krzywiznę i to w dwóch kierunkach. Grupa Re-Wind bada wykorzystanie łopat turbin jako kładek, mostków czy przekryć dachowych, ale nasz autorski pomysł to była dla nich całkowita nowość!
Nagrodzony oklaskami, godzinny wykład spotkał się z dużym zainteresowaniem słuchaczy, o czym świadczy liczba zadawanych pytań i rozważanych problemów, a także sugestie dalszego działania w celu końcowej finalizacji projektu.
– Myślę, że jest szansa na nawiązanie współpracy z naukowcami z Uniwersytetu Technologicznego w Georgii – sumuje dr inż. Filip Broniewicz.
Prace grupy naukowców z Politechnik: Białostockiej, Lubelskiej i Rzeszowskiej w ramach projektu badawczego Iskra są już bardzo zaawansowane.
– Jesteśmy teraz na etapie budowania prototypu panelu złożonego z elementów wyciętych z łopat turbin wiatrowych – opowiada dr Broniewicz. – Przeprowadziliśmy badania wytrzymałościowe panelu akustycznego w skali naturalnej na stendzie badawczym, w tym momencie czekają nas jeszcze badania akustyczne, które pozwolą nam ostatecznie odpowiedzieć na pytanie, czy rzeczywiście elementy wycięte z łopat są do wykorzystania w ekranach dźwiękoszczelnych ustawianych przy drogach.
Na wyniki badań, jakie mają być przeprowadzone w dużej komorze akustycznej, jaką dysponuje Politechnika Rzeszowska – partnerska uczelnia w Politechnicznej Sieci Via Carpatia czekają badacze z całego świata!
Zespół naukowców Politechniki Białostockiej od kwietnia 2023 roku pracuje nad projektem p.t. „Wtórne wykorzystanie łopat turbin wiatrowych w konstrukcjach inżynierskich”, którego celem jest wykorzystanie materiału kompozytowego uzyskanego ze złomowanych łopat turbin wiatrowych do budowy drogowych ekranów akustycznych. Stwierdzili oni, że tak naprawdę nie istnieją dotychczas na świecie efektywne metody ponownego wykorzystania łopat turbin wiatrowych. Kierownikiem projektu jest dr hab. inż. Mirosław Broniewicz, prof. PB z Katedry Konstrukcji Budowlanych i Mechaniki Budowli Wydziału Budownictwa i Nauk o Środowisku Politechniki Białostockiej.
– Aby wykorzystać jak największą ilość materiału z każdego śmigła zbadaliśmy właściwości mechaniczne litego kompozytu, jak i właściwości mechaniczne materiału trójwarstwowego – opowiada prof. Broniewicz. Tu naukowcy wykorzystali dobrze znaną Metodę Elementów Skończonych i stworzyli model numeryczny przykładowego panelu akustycznego.
– Obciążyliśmy go zgodnie z wymaganiami norm przedmiotowych – uwzględniliśmy zarówno obciążenie wiatrem działającym na ekrany drogowe, jak i obciążeniem ruchem samochodowym, czyli wszystkimi wymaganymi rodzajami obciążenia i w sposób numeryczny sprawdziliśmy wytrzymałość tych paneli – wyjaśnia kolejny krok w badaniach prof. Broniewicz. – Wyniki wyszły zadowalające, bo stopień wytężenia panelu akustycznego od najbardziej ekstremalnych obciążeń wynosił 47%, czyli według symulacji są to elementy bardzo wytrzymałe.
Już teraz przy zachodniej granicy Polski składowane są dosłownie setki olbrzymich łopat śmigieł, które praktycznie nie ulegną rozkładowi – są wykonane z materiałów kompozytowych wzmocnionych włóknem szklanym.
– Cykl życia śmigła wiatrowego wynosi średnio 20-25 lat. Oznacza to, że po roku 2035 około 225 tys. ton zużytych śmigieł powinno zostać poddanych recyklingowi – wyjaśnia genezę badań prof. Broniewicz.
Najczęstszą obecnie praktyką dotyczącą recyklingu łopat, jest ich mielenie na drobny pył. Uzyskany w ten sposób materiał jest spalany i wykorzystywany do wytworzenia energii. Niestety jest to proces długotrwały i energochłonny. Duńczycy z kolei zamieniają łopaty śmigieł na elementy małej architektury typu ławki, przystanki, wiaty dla rowerów, czy meble ogrodowe.
– Moim pomysłem i zadaniem naszej uczelni było użycie pociętych elementów kompozytowych do budowy dźwiękoszczelnych ekranów drogowych – mówi prof. Broniewicz, lider zespołu naukowców w Politechnice Białostockiej. W jego skład wchodzą dr inż. Krzysztof Czech, także z Katedry Konstrukcji Budowlanych i Mechaniki Budowli Wydziału Budownictwa i Nauk o Środowisku Politechniki Białostockiej, dr inż. Robert Andrzej Stachniewicz z Katedry Budownictwa Zrównoważonego i Instalacji Budowlanych WBiNŚ oraz dr inż. Filip Broniewicz.
Planowane zakończenie całego projektu realizowanego w Politechnicznej Sieci Via Carpatia p.t. Wtórne wykorzystanie łopatek turbin wiatrowych w konstrukcjach inżynierskich jest planowane na 31 lipca 2025 roku.
(jd)
