قد يساهم الراتنج الجديد الذي طوره المختبر الوطني للطاقة المتجددة في تسريع عملية إعادة تدوير شفرات توربينات الرياح.

تُسمى هذه المادة شبكة بولي إستر قابلة للتكيف تساهميًا، والمعروفة اختصارًا بـ PECAN. وتقول NREL إنها تحافظ على سلامة الشفرات الهيكلية لسنوات من التشغيل. وبمجرد إيقاف تشغيلها، يذوب الراتنج في حمام كيميائي خفيف خلال ست ساعات تقريبًا. وتترك هذه العملية الألياف الهيكلية سليمة وجاهزة للاستخدام.

لماذا تقصر طرق إعادة التدوير الحالية؟

تُصنع راتنجات شفرات توربينات الرياح التقليدية من مركبات حرارية متصلبة. وبمجرد تصلّبها، لا يمكن صهرها أو إعادة تشكيلها. ويواجه المشغلون عادةً خيارين: التقطيع الميكانيكي أو التخلص منها في مكبّات النفايات. وكلا الخيارين يُنتج نتائج ذات قيمة منخفضة ويُولد كميات كبيرة من النفايات.

تفاقمت المشكلة مع ازدياد حجم التوربينات. فالشفرات الأطول تُنتج كمية أكبر من الكهرباء لكل توربين، لكنها تُنتج أيضاً هياكل مركبة أكبر حجماً وأثقل وزناً، ما يجعل معالجتها أكثر صعوبة. وقد تعاملت الصناعة مع إدارة نهاية عمر التوربينات كأمر ثانوي لفترة طويلة جداً.

بدأ المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) بمعالجة هذه المسألة بشكل منهجي في عام 2022. في ذلك الوقت، حدد المختبر الحاجة إلى دمج إمكانية إعادة التدوير في تصميم الشفرات منذ البداية. وأصبح مبدأ التصميم أولاً أساسًا لتطوير شركة PECAN.

من المفهوم المختبري إلى النموذج الأولي المادي

بحلول ديسمبر 2023، بنى المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) نموذجًا أوليًا لشفرة بطول تسعة أمتار باستخدام راتنج البقان (PECAN). وقد أثبت ذلك إمكانية تصنيع المادة على نطاق واسع. وبحلول أغسطس 2024، طور المختبر المفهوم بنموذج أولي ثانٍ بطول تسعة أمتار. وقد أثبت هذا النموذج إمكانية التصنيع وإعادة تدوير الراتنج كيميائيًا في آن واحد.

تستهدف أحدث نسخة من هذه التقنية الهيكل الخارجي للشفرة الغني بالكربون. ويقول المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) إن الراتنج يذوب بشكل انتقائي، مما يسمح بفصل الغلاف الغني بالكربون عن الألياف الزجاجية الداخلية. وبذلك، يصبح كلا المادتين متاحتين لإعادة الاستخدام بدلاً من التخلص منهما.

مادة PECAN مشتقة من النباتات، مما يمنحها خصائص مختلفة عن الراتنجات الحرارية المشتقة من البترول الشائعة حاليًا في الصناعة. وقد صنّفها المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) كبديل سهل للتصميم بدلًا من تغيير جذري في عملية التصنيع، مع العلم أن التحقق من صحتها على نطاق تجاري لا يزال قيد الدراسة.

الضغط المتزايد على البنية التحتية لطاقة الرياح

تتوسع طاقة الرياح تحت ضغوط متزايدة. ويتزايد الطلب على الكهرباء في الاقتصادات الكبرى، ويتسارع بناء مراكز البيانات، وتزيد أحمال الذكاء الاصطناعي من ضغط الشبكة الكهربائية بطرق كان من الصعب التنبؤ بها حتى قبل خمس سنوات. وتبقى طاقة الرياح من التقنيات القليلة القادرة على توفير طاقة نظيفة بالقدر الذي تتطلبه هذه الاحتياجات.

يعني هذا التوسع دخول المزيد من التوربينات والشفرات إلى الخدمة، ولكنه يعني أيضاً خروج المزيد من الشفرات من الخدمة لاحقاً. وقد توقع المجلس العالمي لطاقة الرياح نمواً ملحوظاً في حجم عمليات إيقاف التشغيل خلال العقد القادم، مع وصول توربينات الجيل الأول إلى نهاية عمرها الافتراضي. وقد باتت آثار هذه النفايات واضحة للعيان.

لا يحلّ مشروع PECAN جميع جوانب هذه المشكلة. فالجدوى التجارية له على نطاق أوسع من النماذج الأولية غير مثبتة. كما أن جدوى إعادة التدوير الكيميائي على نطاق صناعي غير واضحة. وقد قدّم المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) دليلاً موثوقاً على صحة المفهوم. ويعتمد تبنّي الصناعة له على فعاليته من حيث التكلفة، وهو ما لم تؤكده نتائج المختبر بعد.

إعادة صياغة سؤال التصميم

قد يكون التحول الأهم الذي يمثله مشروع PECAN تحولاً مفاهيمياً. لطالما عُوملت إعادة تدوير الشفرات كمشكلة لإدارة النفايات. أما نهج المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) فيتعامل معها كمسألة هندسية تتعلق بالمواد، ينبغي الإجابة عليها قبل تصنيع أي شفرة.

إذا اعتمد مصنّعو شفرات التوربينات هذا الإطار، فسيتغير قرار الشراء، وستتغير طريقة احتساب تكاليف نهاية عمر التوربينات، وستتغير متطلبات الجهات التنظيمية المعقولة. وقد اتخذ الاتحاد الأوروبي بالفعل خطوات نحو توسيع نطاق متطلبات مسؤولية المنتج لمكونات توربينات الرياح، وقد تحذو حذوه جهات أخرى.

تُظهر أعمال المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) أنه يمكن تصميم شفرة التوربين بحيث تتفكك بنفس دقة تركيبها. هذه هي الحجة العملية لمشروع PECAN. أما سرعة تطور هذا المشروع في الصناعة فستعتمد على بيانات التكلفة التي لم تُنشر بعد.

نتائج النموذج الأولي موثوقة. أما الجدول الزمني للنشر التجاري فلا يزال غير مؤكد.