10/10/2011 - Entwickeln Aspas für widerstandsfähigere und leichtere Windkraftanlagen

Menéame

Mit kohlenstoffverstärktem Polyurethan werden sie die Energieerzeugung steigern.

Das Ziel der Entwicklung größerer Windkraftanlagen, die wiederum eine Steigerung der Energieerzeugung ermöglichen, wurde bisher durch das Gewicht der Aspen vereitelt. Jetzt haben Ingenieure und Forscher an der Case Western Reserve University in den Vereinigten Staaten einen Prototypen entwickelt, der wesentlich leichter und achtmal haltbarer ist als die derzeit eingesetzten Aspen. Auf Pablo Javier Piacente.

Neue mit Kohlenstoff-Nanoröhren verstärkte Polyurethan-Aspas könnten schließlich die Herstellung größerer Windkraftanlagen und eine höhere Energieerzeugung in die Tat umsetzen. Die Entwicklung, die von Spezialisten der Case Western Reserve University der Vereinigten Staaten durchgeführt wurde, ist viel leichter und ist im Vergleich zu den in den Windturbinen verwendeten Wickeln stärker widerstandsfähiger.

Der Hauptverantwortliche für diesen Prototyp war Marcio Loos, ein postdoktorieller Forscher an der genannten Universität, der mit einem Team von Mitarbeitern der Case Western Reserve University und mit Forschern von Bayer MaterialScience und Molded Fiber Glass zusammenarbeitete. Das Projekt Loos begann mit dem Vergleich der Eigenschaften neuer Materialien mit den aktuellen Trends bei der Herstellung von Windkraftanlagen.

Loos arbeitete von da an in einem neuen Polyurethan-Spa mit Kohlenstoff-Nanoröhren verstärkt. Der erste Zweck des Spezialisten bestand darin, zu prüfen, ob die Verbindung für diese Art von Entwicklungen geeignet geformt werden konnte, wobei die Eigenschaften erhalten blieben.

Die Idee besteht darin, eine 29-Zoll-Folie herzustellen, die wesentlich leichter, steifer und widerstandsfähiger ist als die Materialien, die derzeit für die Aspen verwendet werden. Hinter dieser Untersuchung steht die Notwendigkeit, stärkere und leichtere Materialien zu entwickeln, die die Herstellung größerer Spaten für Windkraftanlagen ermöglichen.

Leichter und steifer

Loos' Forschung und sein Team waren das Hauptthema eines kürzlich veröffentlichten Artikels in Science Daily, obwohl der Fortschritt zuvor durch eine Pressemitteilung der Case Western Reserve University und eines Artikels in der EurekAlert!, dem Online-Nachrichtendienst der American Association for the Advancement of Science (AAAS) verbreitet wurde.

Die bei diesem Prototyp gewonnenen Eigenschaften ermöglichen es, zwei Beschränkungen für Windkraftanlagen zu beseitigen. Zum einen würde die Zunahme des Gewichts durch die Entwicklung größerer Aspas zu einem Rückgang der Energieerzeugung führen. Zum anderen die Notwendigkeit einer größeren Steifigkeit in den Aspen, um die Windkraft zu optimieren.

Die neuen Aspas werden leichter und steifer sein, wodurch die Energieproduktion optimal optimiert werden kann. Laut Professor Ica Manas-Zloczower von der Engineering School of the Case Western Reserve University lassen die Ergebnisse der mechanischen Tests an kohlenstoffverstärktem Polyurethan den Schluss zu, dass dieses Material die Harze übertrifft, die derzeit zur Herstellung von Aspen verwendet werden.

Bei einem Vergleich zwischen verschiedenen Materialien stellten die Forscher fest, dass die neue Kombination leichter war als die Kohlenstofffaser und Aluminium, die mehr als fünfmal höher war als die Carbonfaser und mehr als 60mal mehr als Aluminium, was die Zugfestigkeit betrifft.

Versprechende Ergebnisse

Darüber hinaus wurde in anderen Tests festgestellt, dass die mit Kohlenstoffnanoröhren verstärktem Polyurethan eine achtmal längere Lebensdauer als die mit Glasfasern verstärktem Epoxidharz hat. Das neue Material erwies sich auch als achtmal härter bei den Fraktur-Delaminationstests.

Die Ergebnisse der durchgeführten Tests konnten durch den Vergleich der neuen Verbindung mit glasfaserverstärktem Vinylester, einem anderen weit verbreiteten Material in Windkraftanlagen, noch verbessert werden. Darüber hinaus übertraf sie die mit anderen Harzen erzielte Leistung in verschiedenen Parametern eindeutig.

Loos und der Rest des Teams von Ingenieuren und Forschern arbeiten derzeit daran, die optimalen Bedingungen in dieser Verbindung zu erreichen, insbesondere hinsichtlich der Stabilität der Kohlenstoffnanoröhren, ihrer präzisen Verteilung im Polyurethan und der Methoden, um dies zu erreichen, indem sie an eine künftige Herstellung auf kommerzieller Ebene denken.

Die Forscher entwickelten Aspas mit dem neuen Material als Prototyp für eine Windturbine von 400 Watt. Die erzielte Wirksamkeit lässt den Schluss zu, dass die mit Kohlenstoffnanoröhren verstärkten Polyurethansysteme ein erhebliches Potenzial für ihre Verwendung in der nächsten Generation von Windkraftanlagen haben. Die Forschung wurde vom Energieministerium der Vereinigten Staaten und Bayer MaterialScience finanziert.

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