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

Jul 07, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 9270 (2023) Citar este artigo

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A energia eólica tem potencial de crescimento significativo e aplicabilidade em escala global, mas aproximadamente 2,4% das pás das turbinas eólicas devem ser desativadas anualmente. A maioria dos componentes das lâminas pode ser reciclada; no entanto, as pás eólicas raramente são recicladas. No presente estudo, foi apresentado um método alternativo envolvendo uma técnica assistida por pequenas moléculas baseada em uma reação dinâmica que dissolve resíduos de materiais compósitos 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, isto é, a resina, pode ser facilmente dissolvido. Este método pode ser aplicado para reciclar materiais compósitos, tais como pás de turbinas eólicas e compósitos de fibra de carbono compreendendo fibras e resinas. Dependendo do resíduo, pode ser alcançado até 100% do rendimento de degradação da resina. A solução utilizada para o processo de reciclagem pode ser reutilizada diversas vezes e pode ser reaproveitada para obter componentes à base de resina e criar um circuito fechado para esse tipo de material.

O vento é uma fonte de energia totalmente renovável, com recursos infinitos e tecnologia eficiente para sua utilização. A Europa, a China e as turbinas eólicas offshore estabeleceram novos recordes em 2020, instalando mais de 93 GW, num total de 742,7 GW1. A UE prevê que as novas construções aumentarão a capacidade de energia eólica para 323 GW até 2030, contra 205 GW2. A energia eólica fornece 15% da eletricidade da UE e, até 2030, fornecerá 30%. Entre 2020 e 2030, muitas turbinas eólicas da era 2000 serão submetidas a descomissionamento e desmantelamento3,4. A Alemanha, a Espanha e a Dinamarca tinham entre 41 e 57% das turbinas eólicas instaladas na Europa, com um tempo de exploração superior a 15 anos em 20205,6. Em 2021, a potência total de turbinas eólicas de 4 GW (6.000 turbinas) poderá 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 compósitos, como pás eólicas, raramente são reciclados9,10,11,12,13, e muitas pás desmanteladas e depositadas em aterros prejudicam 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, compósitos termofixos/vidro e 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 pá20. Os polímeros termofixos reticulados dos compósitos da camada externa não podem ser fundidos ou remoldados, tornando problemáticos até mesmo os estágios iniciais de reciclagem . Métodos de reciclagem de compósitos termofixos mecânicos27,28,29,30, térmicos31 e químicos32,33,34,35,36 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 ao reter resíduos de oxidação, carvão ou estrutura química. Também nem sempre é económico e a 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 deverão ser utilizados. Como resultado, alguns, se não a maioria, dos compostos orgânicos recuperáveis ​​de tal corrente são perdidos. Além disso, os processos de conversão térmica produzem misturas complexas que necessitam de 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 resina, o que poderia fechar o ciclo das resinas compostas reforçadas com fibras39. Devido à alta temperatura (ainda inferior à pirólise ou gaseificação) e às condições de alta pressão, que permitem a coleta e reintrodução de volumes significativos de solventes, esta técnica é ineficiente e consome muita energia. Este método oferece a melhor relação custo/valor dos itens apesar de um TRL de 5/626,40.