Windturbinenblätter erhalten ein nachhaltiges Upgrade dank 3D-Druck

Forschende am College of Engineering der Virginia Tech entwickeln neuartige 3D-Druckverfahren und neue recycelbare Materialien, um die Umweltbilanz bei der Herstellung von Windturbinenblättern zu verbessern.

Das Team, geleitet von Chris Williams, Professor im Bereich Maschinenbau, und Michael Bortner, Professor für Chemieingenieurwesen, nutzt additive Fertigungstechniken und einen vollständig recycelbaren Hochleistungsthermoplast. Dieser Ansatz ermöglicht die umweltverträgliche Produktion von Turbinenblättern, bei der bisherige Materialien wie glasfaserverstärkte Komposite ersetzt werden könnten.

„Obwohl die von Windturbinen erzeugte Energie umweltfreundlich ist, sind die Materialien, aus denen sie hergestellt werden, nicht wiederverwertbar und erzeugen eine enorme Menge an Abfall, und die Herstellung der Rotorblätter ist ziemlich mühsam“, so Williams. „Unser vorgeschlagenes Projekt zielt darauf ab, den Abfall drastisch zu reduzieren, alle gefährlichen Materialien vollständig zu eliminieren und den 3D-Druck einer vollständig recycelbaren Windturbine zu ermöglichen.“

„Weltweit liegt der Schwerpunkt derzeit auf erneuerbaren Energiequellen und dem Einsatz erneuerbarer Ressourcen“, sagte Bortner, stellvertretender Direktor des Macromolecules Innovation Institute. „Mit meinem Schwerpunkt auf der Materialforschung und der Arbeit von Chris Williams auf dem Gebiet der additiven Fertigung sind wir in der Lage, zusammenzuarbeiten und diese komplexen Probleme zu lösen und sie in Komponenten für Windturbinenblätter in großem Maßstab umzusetzen.“

Ein Kernstück des Projekts ist der Einsatz robotergestützter Drucktechniken, um große Objekte effizient und materialsparend herzustellen. Die Forschenden nutzen computergestützte Designoptimierung, um die Materialverteilung in den Turbinenblättern zu verbessern und deren strukturelle Integrität zu maximieren. Dadurch könnten die Turbinenteile direkt an der Installationsstelle gedruckt werden, was Transportwege verkürzt und Transportkosten erheblich reduziert.

„Die Zusammenarbeit mit der Industrie ermöglicht uns den Zugang zu erstklassigem Fachwissen bei der Konstruktion, Herstellung, Prüfung und Charakterisierung von Windturbinenblättern“, sagte Williams. „NREL und TPI Composites helfen uns bei der Erkundung, wie unsere Forschung in ihren Anlagen umgesetzt werden kann, und werden uns dabei helfen, unsere Materialien und unsere optimierten Roboterdruck-Werkzeugpfade auf ihren großen additiven Roboter-Fertigungsplattformen zu bewerten und zu testen. Das Ziel ist es, sicherzustellen, dass das interdisziplinäre Fachwissen, das wir zusammenbringen, industrielle Relevanz hat“.

Die Forschungsarbeit wird durch die Zusammenarbeit mit dem National Renewable Energy Laboratory (NREL) und TPI Composites unterstützt. Die neu entwickelten Materialien und Drucktechnologien haben das Potenzial, die Herstellung und Montage von Windturbinen nachhaltiger und kosteneffizienter zu gestalten. Die Initiative stellt einen wichtigen Schritt in Richtung nachhaltiger Energiegewinnung dar und könnte langfristig sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile bieten.

„Dieses Projekt spricht für die Kernkompetenzen der Virginia Tech“, sagte Williams. „Wir bringen interdisziplinäres Fachwissen in einer Zusammenarbeit zusammen, die einzigartig für diese Universität ist. Unsere Arbeit mit nationalen Labors und Industriepartnern fügt kontextbezogenes Fachwissen und einen Leitfaden für die industrielle Relevanz und den zukünftigen Technologiewandel hinzu. Das alles geschieht im Namen der Förderung der Nachhaltigkeit, was sich perfekt mit der Vision der Virginia Tech deckt, im Dienste unserer Gemeinschaft, des Commonwealth und der Welt führend in Sachen Klimaschutz zu sein.“