Des matériaux recyclables à base de plantes pourraient être utilisés dans la prochaine génération d'éoliennes

Il y a environ trois ans, Robynne Murray, Nicholas Rorrer, chercheurs du National Renewable Energy Laboratory (NREL), et leur équipe se sont donné pour mission de fabriquer une résine facilement recyclable qui servirait de colle centrale pour maintenir ensemble une pale d'éolienne.

Ils ont commencé par formuler leur résine dans des flacons de la taille d’un dé à coudre sur la paillasse du laboratoire. Et après plusieurs séries d'expérimentations, de réglages précis et de mise à l'échelle lente, l'équipe a utilisé avec succès sa nouvelle résine pour construire un prototype de pale d'éolienne de 9 mètres (la taille d'un filet de volley-ball), marquant une étape majeure vers la préparation du matériau à l'utilisation. fabrication traditionnelle.

Surnommée PECAN, la nouvelle résine possède une composition inédite, mais elle n'est ni aromatisée ni fabriquée avec son homonyme de noisette. Au lieu de cela, le nom est un acronyme représentant la structure chimique du matériau (PolyEster Covalently Adaptable Network). Les chercheurs ont conçu la résine PECAN à l’aide de produits chimiques d’origine biologique qui peuvent être facilement extraits des déchets végétaux. L'étude est publiée dans la revue Matière.

Maintenant, vous vous demandez peut-être : « Quel est l'intérêt d'utiliser des déchets végétaux pour fabriquer une pale d'éolienne ? »

La réponse réside dans la durabilité et la recyclabilité.

Plus de 70 000 éoliennes sont actuellement en fonctionnement aux États-Unis, et ce nombre devrait augmenter considérablement à mesure que le pays s’oriente vers un avenir énergétique propre. En fait, on estime que plus de 2 millions de tonnes de matériaux pour pales d’éoliennes seront déployées aux États-Unis d’ici 2050.

Traditionnellement, la plupart des résines utilisées dans les pales d’éoliennes nécessitent des ressources non renouvelables (comme le pétrole) et beaucoup d’énergie pour être produites. Ils sont également difficiles, voire impossibles, à recycler de manière rentable et sans dégrader significativement le matériau.

Pour décarboner le secteur énergétique et éliminer les déchets, l’industrie de l’énergie éolienne a besoin d’une nouvelle solution durable.

Cependant, il s’avère que développer des résines durables et facilement recyclables peut s’avérer difficile à résoudre. Mais l'équipe NREL prouve qu'elle est prête à relever le défi avec la résine PECAN.

Durable dès le départ

La résine PECAN peut être entièrement fabriquée à partir de matériaux biosourcés, comme le sorbitol, un sucre courant que l'on retrouve dans les déchets végétaux.

Mais les pales d’éoliennes à base de PECAN bénéficient de bien plus que de simples éléments de base écologiques. Le processus de fabrication d’une lame avec de la résine PECAN est également plus écologique.

L'équipe du NREL a montré que la résine PECAN produit 40 % d'émissions de gaz à effet de serre en moins et nécessite 30 % d'énergie en moins par rapport à l'époxy principalement utilisé dans les pales d'éoliennes américaines d'aujourd'hui.

“C'est énorme”, a déclaré Murray. “Cela crée la possibilité d'économiser beaucoup d'énergie et d'argent tout en décarbonisant la première vie de chaque turbine.”

Construit pour durer

Quelle que soit la durabilité d’une pale d’éolienne, la dernière chose qu’elle devrait être est d’être fragile. C'est pourquoi l'équipe NREL a créé la résine PECAN pour présenter des performances structurelles identiques, voire meilleures, par rapport aux matériaux actuels des pales d'éoliennes.

Par exemple, le nouveau matériau a surpassé les résines traditionnelles dans le domaine du « fluage ». Ne t'inquiète pas. Le fluage, dans ce cas, n’est pas une mesure du nombre d’araignées rampant sur la lame. Le terme indique plutôt dans quelle mesure une lame conserve sa rigidité au fil du temps.

“Si une pale d'éolienne reste assez longtemps dans l'air sous son propre poids, elle risque de commencer à perdre de sa rigidité. Et cela pourrait être un très gros problème avec d'autres systèmes de résine”, a déclaré Murray.

“Et grâce à sa chimie unique”, a poursuivi Murray, “nous avons pu montrer que le matériau PECAN fonctionne très bien lors des tests de fluage.”

Mais facilement recyclable

Comme presque tout, les éoliennes ne durent pas éternellement. Et une fois qu’ils ont atteint la fin de leur durée de vie, le recyclage de leurs composants est un élément essentiel de la création d’une industrie éolienne durable.

La résine PECAN fait également mouche dans la catégorie recyclabilité. Les fabricants peuvent le dépolymériser (ou le décomposer) en utilisant un minimum d'énergie ou d'équipement et sans produits chimiques agressifs ou nocifs.

“Cela signifie que les pales fabriquées avec la résine PECAN ont le potentiel d'être recyclées sur le site de déclassement du parc éolien, ce qui peut minimiser les émissions liées au transport des pales et décarboniser davantage le cycle de vie de chaque éolienne”, a déclaré Murray.

Bien entendu, ce n’est pas une coïncidence. L'équipe NREL a soigneusement conçu la résine pour qu'elle soit constituée d'un réseau de liaisons chimiques spéciales (appelées liaisons ester), qui peuvent être décomposées avec des produits chimiques sûrs et abordables, contribuant ainsi à faciliter le recyclage du matériau.

Rendu possible dans un laboratoire unique en son genre

Murray a noté que la recherche derrière la résine PECAN a été rendue possible grâce aux ressources et installations de recherche uniques du NREL, comme le Composites Manufacturing Education and Technology Facility.

“Chez NREL, nous avons tout en un seul endroit, depuis les scientifiques experts en biopolymères jusqu'aux capacités de test de pointe”, a déclaré Murray. “Cela nous a permis de rationaliser l'ensemble du processus de recherche, faisant passer cette résine de la chimie conceptuelle à une véritable lame en quelques années seulement, ce qui est plutôt inédit.”

Ensuite, l'équipe prévoit de fabriquer une lame encore plus grande avec la résine PECAN, ce qui leur permettra de réaliser des expériences structurelles supplémentaires avant que la résine ne soit prête à être commercialisée.

Si tout se passe bien, l’équipe espère que sa résine pourra remplacer facilement les matériaux actuels des éoliennes. Et c’est une solution qui plaira certainement à l’industrie de l’énergie éolienne.