دستاورد بزرگ پروژه اروپایی Eolian: ساخت پره توربین بادی با کامپوزیت‌های ویتریمری زیست‌پایه

پروژه اروپایی Eolian که با هدف توسعه نسل جدیدی از پره‌های توربین بادی با استفاده از کامپوزیت‌های ویتریمری (Vitrimer) زیست‌پایه تعریف شده است، به یک دستاورد مهم و کلیدی دست یافت. کنسرسیوم این پروژه با موفقیت توانست برای اولین بار، لمینیت‌های کامپوزیتی تقویت‌شده با الیاف بازالت و زمینه ویتریمری را با استفاده از فرآیند تزریق (Infusion) تولید کند. این موفقیت، گامی اساسی در جهت تولید پره‌های کامپوزیتی با قابلیت بازیافت و تعمیرپذیری بالا محسوب می‌شود. صنعت انرژی بادی به عنوان یکی از پیشگامان استفاده از مواد کامپوزیتی، همواره با چالش بزرگ بازیافت پره‌های فرسوده مواجه بوده است. کامپوزیت‌های سنتی با زمینه گرماسخت (Thermoset) به دلیل ساختار شبکه‌ای و اتصالات عرضی غیرقابل برگشت، فرآیند بازیافت بسیار دشوار و پرهزینه‌ای دارند. در این میان، ظهور پلیمرهای ویتریمری به عنوان یک راه‌حل بالقوه و انقلابی مطرح شده است. این دسته جدید از پلیمرها، خواص مکانیکی و پایداری گرماسخت‌ها را با قابلیت بازیافت و ترمیم‌پذیری ترموپلاستیک‌ها ترکیب می‌کنند. پروژه Eolian که با بودجه اتحادیه اروپا حمایت می‌شود، با هدف پاسخ به این نیاز حیاتی، به دنبال توسعه زمینه‌های ویتریمری با منبع زیست‌پایه (بالای ۶۰ درصد) و الیاف طبیعی بازالت به عنوان جایگزینی پایدار برای کامپوزیت‌های کنونی است. خواص منحصربه‌فرد ویتریمرها از جمله قابلیت تعمیر، پردازش مجدد (Reprocessing) و بازیافت شیمیایی، به پایداری زیست‌محیطی در تمام طول چرخه حیات پره خواهد افزود. این مواد راه را برای استراتژی‌های مختلف پایان‌عمر (End-of-Life) هموار می‌سازند؛ از استفاده مجدد از طریق شکل‌دهی مجدد با حرارت (Thermoforming) گرفته تا بازیافت شیمیایی که امکان جداسازی الیاف باارزش از زمینه پلیمری را فراهم می‌کند. با این حال، چالش اصلی در فرآیندپذیری این مواد نهفته است. گرانروی (ویسکوزیته) بالای ویتریمرها و پنجره کاری (Pot Life) کوتاه آنها، فرآیند تزریق را که روش استاندارد صنعت تولید پره است، بسیار دشوار می‌سازد. در تازه‌ترین دستاورد پروژه Eolian، محققان مؤسسه Proplast و آزمایشگاه مهندسی پلیمر (PolyEngLab) دانشگاه پلی‌تکنیک میلان موفق شدند با استفاده از فرمولاسیون‌های بهینه‌سازی شده، لمینیت‌های کامپوزیتی با کیفیت بالا و درصد فیبر بهینه (Fibre Volume Fraction) و تخلخل پایین (Void Content) تولید کنند. این فرآیند در دماهای متوسط (از دمای اتاق تا ۸۰ درجه سانتیگراد) انجام شده است که نویدبخش امکان‌سنجی صنعتی آن است. همزمان، همکار دیگر این پروژه یعنی مرکز فناوری Tekniker رهبری سنتز ویتریمرهای بر پایه ایمین (Imine) را با استفاده از مواد اولیه پایدار مانند وانیلین و روغن‌های گیاهی اپوکسید شده بر عهده داشته است. این مواد اولیه در مقیاس صنعتی و با قیمت مناسب در دسترس هستند و ویتریمرهای تولید شده ضمن دارا بودن خواص گرماسنجی-مکانیکی مورد نیاز صنعت باد، رفتار ویتریمری خود را حفظ کرده‌اند. در ادامه مسیر و به موازات بهینه‌سازی مواد، پروژه Eolian در حال توسعه یک سیستم پایش سلامت سازه (Structural Health Monitoring) است. این سیستم با بهره‌گیری از فرآیندهای الکترونیک قالب‌گذاری شده (In-mould Electronics)، حسگرهای تشخیص یخ‌زدگی و فرسایش را در دل ماده کامپوزیتی تعبیه خواهد کرد. این نوآوری به افزایش طول عمر پره، حفظ ایمنی و عملکرد توربین و کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری کمک شایانی می‌کند. به عنوان گام نهایی پروژه، شرکت Norvento Enerxía آماده‌سازی ساخت یک نمونه پره کامپوزیتی ویتریمری به طول ۱۲ متر را آغاز خواهد کرد. این پره با یک پره سنتی از جنس اپوکسی/الیاف شیشه مقایسه شده و تحلیل‌های دقیق هزینه انرژی (LCOE) و ارزیابی چرخه حیات (LCA) برای آن انجام خواهد شد. داده‌های حاصل از این تحقیقات، بینش ارزشمندی را برای بهینه‌سازی طراحی و ساخت پره‌های نسل آینده در اختیار صنعت بادی جهان قرار خواهد داد. پروژه Eolian نشان می‌دهد که با حرکت به سمت مواد پیشرفته و پایدار، می‌توان بر چالش‌های زیست‌محیطتی صنعت انرژی بادی فائق آمد و گامی بلند در جهت تحقق اهداف اقتصاد چرخشی و انرژی سبز برداشت.