Le pale realizzate in bambù e micelio potrebbero tenere un numero crescente di pale eoliche fuori dalle discariche
È l’anno 2035. In un mondo che si trova ad affrontare una catastrofe climatica, l’impresa umana è alimentata da campi di parchi eolici, con pale di turbine realizzate con erbe a crescita rapida e radici di un fungo vecchio di milioni di anni.
Potrebbe sembrare la scena di un film di fantascienza sul clima, ma l’esperta di compositi polimerici Valeria La Saponara, professoressa presso il Dipartimento di ingegneria meccanica e aerospaziale della UC Davis, ha la visione di sviluppare pale per turbine eoliche compostabili ed ecologicamente valide da bambù e micelio , il sistema radicale fungino che porta i funghi. Con il finanziamento iniziale della visione di ricerca strategica Next Level del College of Engineering e una sovvenzione del The Green Initiative Fund della UC Davis Sustainability dietro la fase iniziale della ricerca, La Saponara, co-investigatore principale Michele Barbato presso il Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, e un team eterogeneo di studenti e ricercatori del laboratorio di ricerca, ingegneria e scienza sui compositi avanzati sta testando un prototipo nel campus.
La sfida ambientale dello smaltimento delle pale delle turbine eoliche
Il vento è una delle fonti di energia rinnovabile in più rapida crescita in California e in tutto il mondo. Si tratta di una parte fondamentale del percorso della California verso la neutralità carbonica entro il 2045. La Cina, che rappresenta oltre la metà dell’energia eolica globale, sta progettando di costruire un parco eolico che potrebbe alimentare 13 milioni di case entro il 2025 mentre si avvicina al suo obiettivo del 2060. obiettivo zero.
Il ruolo crescente del vento è in gran parte una buona notizia. Ma man mano che questa fonte chiave di energia rinnovabile cresce, è necessaria una soluzione rispettosa dell’ambiente per il numero in crescita esponenziale di pale eoliche destinate alle discariche. Le pale delle turbine eoliche sono enormi: il diametro medio del rotore negli Stati Uniti nel 2021 era di 418 piedi, quindi una singola pala è grande quasi quanto l’apertura alare di un Boeing 747. Progettate per resistere ai forti venti e alle condizioni meteorologiche, le pale hanno una durata di circa 20 anni prima di essere ritirate o sostituite. La maggior parte sono costruiti utilizzando una struttura composita di fibra di vetro/resina epossidica costruita sopra legno di balsa, che aggiunge stabilità e flessibilità. Le opzioni di riciclaggio sono molto limitate, costose e comportano ulteriori impatti sull’impronta di carbonio dei trasporti.
La maggior parte delle pale delle turbine eoliche finisce nelle discariche. Secondo un recente studio, solo negli Stati Uniti, si prevede che più di 2 milioni di tonnellate di lame dismesse verranno inviate in discarica entro il 2050; a livello globale, la massa di tutte le pale che dovrebbero essere ritirate entro il 2050 potrebbe raggiungere i 43 milioni di tonnellate. L’uso del legno di balsa rappresenta un ulteriore, devastante impatto ecologico. La rapida crescita del settore dell’energia eolica ha causato un eccessivo sfruttamento della foresta pluviale amazzonica ecuadoriana, con conseguente deforestazione incontrollata e danni sociali alle comunità indigene della regione. Alcuni produttori stanno passando alla plastica PET, aggiungendosi ai milioni di tonnellate di rifiuti PET presenti nell’ambiente.
Progettazione di pale eoliche compostabili
Per La Saponara l’inquinamento da pale eoliche è un problema urgente.
“Vogliamo avere energia pulita, ma l’energia pulita non può inquinare l’ambiente e non può causare la deforestazione”, ha detto La Saponara. “Se stiamo producendo energia pulita, non è per deforestare la foresta amazzonica. Vogliamo essere buoni cittadini per tutti”.
La Saponara immagina una pala di turbina eolica compostabile costruita con bambù intrecciato, micelio e biomassa proveniente dai rifiuti agricoli della Central Valley della California al posto di fibra di vetro e legno di balsa. Ha iniziato a lavorare con il micelio nel 2019, quando cercava un’alternativa alla plastica a base fossile delle fodere dei caschi da bicicletta. Il micelio è una sostanza sorprendentemente versatile e il laboratorio di La Saponara ha studiato le possibilità di sfruttarlo come alternativa compostabile a basse emissioni di carbonio, a bassa tossicità ai materiali non degradabili come il poliuretano e l’acrilico.
Passare a un progetto grande e complesso come le pale di una turbina eolica è una mossa di livello successivo che coinvolge un gruppo altamente collaborativo.
«Il progetto sta prendendo piede», scherza La Saponara. “La creazione di questo design richiede il lavoro di più discipline.”
Oltre al co-investigatore principale Barbato, che supporterà lo sviluppo strutturale, e all’ingegnere ricercatore Shuhao Wan, il progetto comprende un gruppo eterogeneo di studenti ricercatori in ingegneria e design.
Combinazione di materiali sostenibili: bambù e micelio
Per fortuna, La Saponara ha nel suo team un ricercatore altamente multidisciplinare, che è anche un abile artigiano del bambù: Shuhao Wan, l’ingegnere ricercatore di progettazione e strumentazione del laboratorio, ha lavorato con il bambù come hobby, realizzando modellini di navi in bottiglia. Wan sta testando diversi modi per intrecciare le canne di bambù.
Il team sta studiando i modi per costruire le pale, compresa la strutturazione dello strato di bambù. (Gregorio Urquiaga/UC Davis)
Nel frattempo, il team sta lavorando all’ottimizzazione dei mezzi per la crescita e l’attaccamento dello strato di micelio. Il micelio è un materiale straordinario perché può essere coltivato dove verrà utilizzato, purché le condizioni siano giuste. La massa fungina può prosperare nei flussi di rifiuti, dai fondi di caffè alla plastica scartata, e le sue materie prime ne influenzano le proprietà. Ma il micelio non mangia tutto e il bambù naturalmente antifungino non è nel menu. Il team sta testando per incorporare rifiuti tessili post-consumo, che potrebbero offrire il risultato aggiuntivo di far crescere il micelio utilizzando rifiuti altrimenti destinati alla discarica.
Test di pale eoliche in micelio e bambù
Il team ha recentemente costruito un prototipo per iniziare i test.
“Vogliamo fare test strutturali per scoprire quanto velocemente possiamo avere una rotazione, quanta potenza possiamo generare”, ha detto La Saponara.
Il team esamina un prototipo di pala di turbina eolica. (Gregorio Urquiaga/UC Davis)
Il composito micelio-bambù sostituirà le pale di una turbina commerciale da 1 kilowatt installata vicino allo STEEL Lab, parte del Western Cooling Efficiency Center, lontano dal campus centrale. La Saponara ha detto che metteranno alla prova anche la resilienza di queste pale, assicurandosi che possano resistere a venti di 85 miglia orarie.
“Una volta che avremo la prova di concetto per 1 kilowatt, che è una quantità ragionevole di potenza, allora potremo iniziare a lavorare con le aziende per la commercializzazione di questo concetto per applicazioni di energia distribuita”, ha affermato La Saponara.
Questi sono i primi giorni verso l’obiettivo finale di ridimensionare le pale per un uso globale. In effetti, le pale potrebbero aiutare nelle aree colpite da disastri naturali, dove sono necessarie soluzioni energetiche rapidamente, e l’energia eolica potrebbe essere abbinata ai pannelli solari.
“Quello che stiamo facendo adesso non funziona più”, ha detto. “Siamo a un punto critico per quanto riguarda l’ambiente e la nostra prossima generazione sarà quella che pagherà il prezzo più alto. In definitiva, non è possibile parlare di ingegneria ambientale senza parlare di giustizia ambientale”.
Incontra il team dietro il progetto sostenibile delle pale eoliche della UC Davis
Co-Investigatore Principale Michele Barbatoprofessore presso il Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, supporterà la modellazione strutturale della torre, consigliando il ricercatore post-dottorato Prakash Singh Badal.
Shuhao Wan, l’ingegnere ricercatore di progettazione e strumentazione del laboratorio e un ex allievo di ingegneria meccanica e aerospaziale della UC Davis, sta studiando i modi per costruire le pale, inclusa la strutturazione dello strato di bambù. Shuhao inizierà il suo dottorato di ricerca. presso l’Università del Michigan nell’autunno del 2023.
Shree Nagarkar, un dottorato di ricerca. studente di ingegneria meccanica e aerospaziale, ha iniziato a studiare l’aerodinamica e il comportamento di interazione fluido-struttura di queste pale flessibili delle turbine eoliche. Più recentemente, la modellazione aerodinamica delle pale delle turbine eoliche viene eseguita da studenti ricercatori universitari Fernando Hernández Sanchez (un laureato in ingegneria meccanica e aerospaziale e un pilota), assistito dall’esperto di aerodinamica delle turbine eoliche Camli Badrya, assistente professore presso il Dipartimento di Ingegneria meccanica e aerospaziale.
Ricercatori studenti universitari Nicholas Gallo, Dominic Soufl, Connor Prescott (nelle diverse fasi della loro specializzazione in ingegneria meccanica e/o aerospaziale) e Shivani Torres-Lal (studente di ingegneria chimica) hanno lavorato su vari aspetti del progetto, dalla costruzione della pala alla preparazione e test del micelio/bionass.
Alessandro Ruiz, studentessa del Master in Belle Arti presso il Dipartimento di Design, sta studiando il micelio che cresce sui tessuti. Ruiz è guidato da Christina Cogdell, professoressa del Dipartimento di Design ed esperta di biodesign.
Aidelen Montoya, California State University, San Marcos, in studi museali, arte e storia, una studentessa universitaria di ricerca dell’estate 2022 che sta studiando il micelio che cresce dalla carta per varie applicazioni. Montoya è mentore della professoressa Lucy HG Solomon presso il Dipartimento di Arte, Media e Design del CSUSM.
Di Sharon Campbell Knox, ripubblicato dall’Università della California, Davis.
Non mi piacciono i paywall. Non ti piacciono i paywall. A chi piacciono i paywall? Qui a CleanTechnica, per un po’ abbiamo implementato un paywall limitato, ma ci è sempre sembrato sbagliato ed è sempre stato difficile decidere cosa dovremmo lasciare lì. In teoria, i tuoi contenuti più esclusivi e migliori sono protetti da un paywall. Ma poi lo leggono meno persone! Semplicemente non ci piacciono i paywall e quindi abbiamo deciso di abbandonare i nostri.
Sfortunatamente, il business dei media è ancora un business duro, spietato, con margini ridotti. Rimanere fuori dall’acqua è una sfida olimpica senza fine o forse addirittura… sussulto – crescere. COSÌ …