Secondo uno studio condotto dai ricercatori del Sandia National Laboratory, un nuovo materiale in fibra di carbonio potrebbe apportare vantaggi in termini di costi e prestazioni al settore dell'energia eolica se sviluppato commercialmente.

Le pale in fibra di carbonio sono più leggere del 25 percento rispetto a quelle in fibra di vetro tradizionale. Ciò significa che le pale in fibra di carbonio possono essere più lunghe di quelle in fibra di vetro, quindi possono catturare più energia a velocità del vento inferiori. Brandon Enix, Spagna, ricercatore di energia eolica presso i Sandia Laboratories e ricercatore principale del progetto, ha affermato che, grazie all'elevata resistenza alla fatica della fibra di carbonio, l'uso della fibra di carbonio può anche prolungare la durata della pala.

Il progetto è finanziato dall'Office of energy efficiency and renewable energy e dall'ufficio wind energy technology del Department of Energy. I partner del progetto includono Oak Ridge National Laboratory e la Montana State University di Bozeman.

Di tutte le aziende che producono turbine eoliche, solo una utilizza ampiamente la fibra di carbonio nella progettazione delle sue pale. Le pale delle turbine eoliche sono la struttura composita monoblocco più grande al mondo e, se un materiale che compete con i compositi rinforzati con fibra di vetro può essere ottenuto commercialmente, l'industria eolica è probabile che sia il più grande mercato per la fibra di carbonio. Enix, Spagna.

Il costo è un fattore importante da considerare nella progettazione dei componenti per l'industria eolica, ma i produttori di turbine devono anche realizzare pale in grado di resistere a carichi di compressione e fatica, ruotando fino a 30 anni.

Enix, Spain e i suoi colleghi volevano vedere se le nuove fibre di carbonio a basso costo sviluppate dall'Oak Ridge National Laboratory potessero soddisfare i requisiti di prestazione ed essere convenienti per l'industria dell'energia eolica. Il materiale è nato come precursore ampiamente utilizzato nell'industria tessile, contenente grandi fasci di fibre acriliche. Il processo di fabbricazione che riscalda le fibre per trasformarle in carbonio è seguito dal passaggio intermedio di trazione delle fibre nel legno. La fibra di carbonio prodotta dal processo di pultrusione di produzione di fogli ha elevate prestazioni e affidabilità per la produzione di pale e aumenta la capacità produttiva.

Quando il team ha studiato le fibre di carbonio a basso costo, ha scoperto che avevano prestazioni migliori rispetto agli attuali materiali commerciali in specifiche caratteristiche di costo di maggiore interesse per il settore dell'energia eolica.

L'ORNL ha fornito campioni di sviluppo di fibre di carbonio provenienti dal suo impianto di tecnologia delle fibre di carbonio per confrontarli con compositi realizzati con questo materiale e compositi simili realizzati con fibre di carbonio disponibili in commercio.

I colleghi di Bozman alla Montana State University-Bozeman hanno misurato le proprietà meccaniche delle nuove fibre di carbonio, confrontandole con le fibre di carbonio disponibili in commercio e con i compositi in fibra di vetro standard. Ennis ha quindi combinato queste misurazioni con i risultati della modellazione dei costi dell'ORNL. Ha utilizzato questi dati nella sua analisi di progettazione delle pale per valutare l'impatto sul sistema dell'utilizzo di nuove fibre di carbonio anziché di fibre di carbonio o di vetro standard come principale supporto strutturale per le pale. Lo studio è stato finanziato dall'Office of wind energy technology del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti.

Enix, Spain e i suoi colleghi hanno scoperto che il nuovo materiale in fibra di carbonio aveva una resistenza alla compressione del 56 percento in più per dollaro rispetto alla fibra di carbonio disponibile in commercio, il punto di riferimento del settore. In generale, i produttori aumentano i costi utilizzando più materiali per adattare le parti a una resistenza alla compressione inferiore. Considerando il costo unitario più elevato della nuova fibra di carbonio, Ennis ha calcolato che il costo del materiale del nuovo cappuccio alare in fibra di carbonio sarebbe stato ridotto di circa il 40 percento rispetto alla nuova fibra di carbonio. Il cappuccio alare in fibra di carbonio è il principale componente strutturale della pala della turbina eolica. Fibra di carbonio per uso commerciale.