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La sostenibilidad de la energía eólica: lo que quizás desee saber

¿De qué está hecho un aerogenerador?

De acuerdo con la Conferencia y Exposición Nacional Clear Know-how, un parque eólico con 80 turbinas generará alrededor de 53 millones de MW y 7 gramos de dióxido de carbono por kilovatio-hora en sus 25 años de vida útil. Los combustibles fósiles generan alrededor de 865 g de dióxido de carbono por kilovatio-hora, o aproximadamente cuarenta y cinco millones de toneladas de dióxido de carbono durante su vida útil. Sin embargo, para ser realmente sostenibles, las turbinas eólicas deben estar diseñadas para ser reciclables y/o con suministros reciclables. Esto también se aplica a las turbinas eólicas residenciales. ¿De qué es un producto de aerogenerador? Muchos de esos componentes se obtienen en los Estados Unidos y las turbinas a menudo se fabrican en el país, lo que reduce drásticamente su huella ambiental total.

El Informe de mercado de tecnologías eólicas de 2017 encontró que las torres de turbinas son de origen nacional en un 70-90 %, los elementos de las palas y los cubos son de origen nacional en un 50-70 % y los ensamblajes de góndolas son de origen nacional en más de un 85 %. Suelen importarse diferentes elementos, como las técnicas de cabeceo y guiñada, cojinetes, pernos y controladores. Una sola hoja de fibra de vidrio de 60 m de largo pesa alrededor de 17 toneladas. Debido a esto, solo una turbina eólica de 5 MW contiene no menos de 50 toneladas de compuesto plástico solo en las palas. Los suministros básicos en la hoja incluyen espuma de cloruro de polivinilo, espuma de tereftalato de polietileno, madera de balsa (en las fibras y epoxi) y revestimientos de poliuretano. Sin embargo, hasta la década de 1980, las turbinas eólicas se fabricaban desde hacía mucho tiempo con madera, acero, aluminio y diferentes materiales reciclables y reparables. Las palas de fibra de vidrio y los elementos de plástico empezaron a destacar con la invención de aerogeneradores más grandes. Estos obtienen los beneficios del hecho de que el viento aumentará con la altura y la potencia de salida se cuadruplicará mientras duplica el radio del rotor. A partir de la década de 1990, las palas de las turbinas se elevaron de alrededor de 50 ma 120 m una década después. Las turbinas eólicas marinas ahora tienen incesantemente rotores que miden la asombrosa cantidad de 160 m de diámetro, y se está construyendo un diámetro de rotor de 220 m en Holanda.

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Esto nos lleva a la divertida ironía de que, a medida que las turbinas eólicas se vuelven más ecológicas y potentes, también se vuelven menos sostenibles. E, incluso la sustitución de fibra de vidrio por madera o fibras de lino, lo que suena bien en principio, significa que se usa más resina epoxi a base de petróleo en general porque las fibras naturales absorben más. Alrededor del 84-90 % de una turbina eólica podría reciclarse, ya que está compuesta de acero, cobre y componentes electrónicos, que pueden recuperarse al final de su vida útil. Las cuchillas son un asunto especial. Estos pueden estirarse hasta cien pies y están fabricados con fibra de vidrio no triturable que no se puede reciclar simplemente. Como alternativa, se deben minimizar en el sitio con una sierra de diamante y luego se empaquetan en remolques de plataforma y se envían al vertedero. Como era de esperar, las palas de turbina están construidas para ser robustas y laboriosas de cortar. Además, son extremadamente suaves y, por supuesto, enormes, lo que los hace difíciles de manejar (los compactadores de basura y las sierras se resbalan de la superficie de las cuchillas) e imposibles de manejar para los servicios de reciclaje más pequeños o los operadores de vertederos.

Mientras que la fibra de vidrio o la resina normalmente son inertes y no tóxicas, estas hojas ocupan una gran cantidad de espacio en los vertederos y simbolizan un gran desperdicio de activos que, finalmente, podrían reutilizarse para fabricar otros productos. No quiere decir que estas palas sean tan grandes que las plataformas enormes solo pueden transportar una pala a la vez, lo que se traduce en enormes costos de transporte y las emisiones de carbono relacionadas. Las palas de las turbinas pueden durar hasta 20 años, pero una vida útil de 10 años es más normal, ya que a menudo se reemplazan por palas más grandes, más respetuosas con el medio ambiente y más eficaces. Solo en los EE. UU., actualmente se retiran anualmente unas 8.000 palas de aerogeneradores. En Europa, donde la energía eólica se adoptó mucho antes, se prevé que alrededor de 3.800 aspas se desmantelarán anualmente hasta por lo menos 2022. Y dado que existen restricciones estrictas sobre lo que puede ir a los vertederos, algunas aspas se queman para obtener energía, independientemente que esto emite contaminantes y es una fuente de energía realmente pobre e inconsistente.

De hecho, debido a que la fibra de vidrio no es combustible, alrededor del 60% de la chatarra se convierte en ceniza (el resto se convierte en contaminación del aire). Algunas corporaciones están trabajando en servicios de reciclaje que puedan procesar estas cuchillas y utilizar la fibra de vidrio para fabricar componentes para vehículos y herramientas agrícolas y deportivas. Los científicos también están trabajando en métodos para convertir las cuchillas en gránulos o tablas para usar en pisos y tabiques. Una empresa, World Fiberglass Solutions, afirma ser capaz de reciclar el 99,9 % de una hoja y manipular entre 6000 y 7000 hojas al año por planta. Sin embargo, ya han obtenido el precio de un año de cuchillas acumuladas para procesar y esperan que aumente la demanda de los productos, lo que les permitirá aumentar la cantidad de cuchillas que aceptarán. La instalación de reciclaje europea Veolia ha intentado moler las cuchillas en barro para extraer productos químicos. Su propósito es hacer que las turbinas eólicas sean realmente sostenibles.

Curiosamente, la mayoría de las cuchillas que actualmente van a los vertederos están marcadas con coordenadas GPS, por lo que a menudo se desentierran y se reutilizan si el reciclaje se vuelve más fácil y económicamente viable. Los desechos generados por las turbinas eólicas obsoletas son mínimos en comparación con los desechos totales que van a los vertederos dentro de los EE. UU. Es un problema creciente, aunque, y dada su incipiente, el comercio tiene una buena oportunidad de cortar estos desechos de raíz y crear un sistema económico verdaderamente circular. La firma danesa Vestas, que fabrica turbinas en Colorado, ha introducido un objetivo de cero residuos para 2040, por ejemplo. Los diseños más modernos pueden durar 30 años o más y pueden repararse en lugar de desecharse. En cuanto al diseño, una opción para hacer una turbina eólica completamente reciclable es renunciar por completo a la resina y la fibra de vidrio y utilizar aspas de acero. Para turbinas más grandes, esto no funciona porque el acero es demasiado pesado. Sin embargo, para instalaciones más pequeñas, las cuchillas de acero pueden ser una opción más sostenible, al menos por ahora. Y también existe el riesgo de que las instalaciones más grandes consideren utilizar aleaciones de acero más ligeras que también son totalmente reciclables. El acero es reciclable en un 90 % y fabricar hojas de acero puede costar alrededor de un 90 % menos, es más rápido y es más correcto que fabricar hojas similares con resinas plásticas y fibra de vidrio. Aunque se habló con gusto de la hoja de acero hace unos cinco años, no ha pasado mucho desde entonces, y las tecnologías más nuevas y livianas parecen haber despegado como alternativa.

También se ha propuesto una hoja de madera y carbono.

Estos incluirían menos plástico en general, y debido a que el plástico no está enredado con la madera, se puede separar fácilmente para reutilizar completamente todos los suministros. Sin embargo, estas palas de madera y carbono todavía contienen numerosos plásticos, con una turbina eólica de 5 MW de tres palas que produce entre 7,5 y 18,4 toneladas de residuos que no se pueden reciclar, en comparación con las 50 toneladas de una pala estándar. Los álabes de las turbinas actuales están fabricados con resinas conocidas como termoestables que se vuelven estables durante la fabricación, ya que reaccionan con el calor. Al igual que cocinar un huevo, este proceso no debería ser reversible. Las resinas no pueden volver a su estado líquido original, lo que implica que la fibra de vidrio y el núcleo de la hoja, a menudo hechos de madera de balsa o espuma, quedan atrapados y son irrecuperables. El problema, entonces, es crear resinas termoplásticas que puedan volver a convertirse en líquido bajo un calor excesivo, liberando los suministros para su reutilización. Un equipo de trabajo del departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad de Vanderbilt ha estado trabajando en este tipo de resina. Su creación, conocida como Elium y ahora hecha por una compañía llamada Arkema, se autocura, lo que significa que produce su propio calor y cura a temperatura ambiente sin crear fallas en la fibra de vidrio. Esto reduce la demanda general de energía para fabricar turbinas inicialmente y permite que las palas de fibra de vidrio se reciclen al final de su vida útil.

El mes pasado, Arkema ganó el Premio Pierre Potier 2020 por su resina termoplástica líquida Elium, que permite fabricar palas de aerogeneradores 100 % reciclables. Al final de su vida útil, las cuchillas primero se muelen y luego se calientan para despolimerizar la resina. Esto permite separarlo del relleno de fibra. Después de la purificación y reformulación, el proceso produce una nueva resina termoplástica líquida con las mismas características que la resina virgen. Uno de los conceptos que más llama la atención, quizás, para saber cómo reinventar los aerogeneradores para que sean más sostenibles es volver a fabricarlos de madera. Si bien estas turbinas tendrían que ser más pequeñas, podrían fabricarse casi en su totalidad con suministros renovables y sostenibles, y podrían ser un sumidero de carbono en sí mismas. En el caso de que hayan sido construidos en el sitio a partir de suministros obtenidos de bosques gestionados, esto puede significar el concepto de una economía circular y reducir significativamente los costos de fabricación y las emisiones de transporte relacionadas. Las turbinas eólicas de madera incluso podrían ser más aceptables visualmente y menos peligrosas para los murciélagos y las aves. Una empresa europea ahora está instalando turbinas eólicas de piquete en lugares inverosímiles, como pueblos pequeños y granjas. EAZ Wind, fundada por cuatro windsurfistas, tiene como objetivo proporcionar electricidad verde a los residentes que de otro modo no podrían instalar una turbina eólica gigante.

Las turbinas, cuando se instalan en torres de 15 m de altura, producen alrededor de 30 000 kWh de electricidad cada 12 meses, lo que puede alimentar a una decena de hogares holandeses. Una de las muchas turbinas cuesta alrededor de 46.000 euros, y el tiempo de amortización es de unos 7 a 10 años en lugares ventosos. La industria de la energía eólica parece ansiosa por determinar los puntos de diseño actuales y tomar decisiones más sostenibles, lo que puede dar a la energía eólica una función real en el camino a seguir para la fabricación de energía. Mientras tanto, si está buscando volver a capacitarse para una nueva profesión, la Oficina de Estadísticas Laborales proyecta que los técnicos de servicio de turbinas eólicas serán la segunda ocupación de más rápido crecimiento entre 2018 y 2028, con un desarrollo del 57%. ¿Lo más rápido? Instaladores fotovoltaicos fotovoltaicos. ¡El trabajo a largo plazo también es verde!