Исследователи из Мичиганского государственного университета разработали новый композитный полимерный материал, который можно использовать для изготовления компонентов ветряных турбин, а затем переработать в сладости. В мармеладных мишек, например.
Ветряные турбины за последнее десятилетие стали для нас уже привычным элементом пейзажа. Эта технология с низким уровнем выбросов углерода помогает человеку получать необходимую энергию, при этом уменьшая негативное воздействие на окружающую среду. Потребности человечества в электричестве растут. Чтобы удовлетворить этот спрос, сами турбины должны становиться более эффективными. Мы видим, как каждая новая модель ветрогенератора становится выше, мощнее, имеет более длинные лопасти. Все это выглядит прекрасно до тех пор, пока не приходит время утилизировать лопасти, обычно изготовленные из трудноперерабатываемых композитных материалов. Ведущие компании отрасли, такие как Vestas и Siemens Gamesa, развивают технологии переработки стекловолокна, делая выведенные из эксплуатации компоненты турбины доступными для повторного использования. Но большинство лезвий, к сожалению, по-прежнему попадают на свалки. Исследовательская группа доктора Джона Доргана представляет свой способ решения этой проблемы.
Турбины и мармеладные мишки
Джон Дорган, эксперт в области полимеров, создал материал на основе термопластичной смолы для изготовления лопастей ветряных турбин, объединив стекловолокно, растительный и синтетический полимеры. Получаемый композит достаточно прочен и при этом эластичен, что позволяет применять его в ветроэнергетике и автомобилестроении.
На брифинге для СМИ Американского химического общества (ACS) Дорган прокомментировал: «Святой Грааль в переработке полимеров — всегда возвращаться от одного и того же применения к тому же самому применению». Этот процесс также известен как “bottle-to-bottle recycling”, рециркуляция от бутылки к бутылке. По результатам нескольких циклов растворения-восстановления нового материала исследователи пришли к выводу, что механические свойства изделий сохраняются на одном уровне. Это действительно делает возможным превращение старых лопастей ветрогенератора в новые.
Кроме возврата к первоначальному продукту существуют возможности применить такой материал и для производства совершенно иных изделий, более выгодных экономически или востребованных на местном рынке.
Самый простой способ переработки разработанного композита - механическое измельчение. Из полученной крошки, смешанной с расплавленным полимером, методом литья под давлением можно произввести разные потребительские товары: корпус ноутбука, музыкальную колонку или блендер.
Кроме того, есть широкий спектр возможностей химической модификации. Дорган и его коллеги-исследователи растворяли изделие в свежем мономере, таким образом отделяя стекловолокно от смолы. Растворяя смолу в щелочном растворе при нагревании, команда смогла извлечь полиметилметакрилат (PMMA), также известный как оргстекло. Этот материал можно использовать для создания автомобильных фар, рекламных щитов или всем знакомых защитных барьеров, которые повсеместно появились во время COVID-19. Увеличив температуру нагрева, можно перейти к полиметакриловой кислоте, отличному адсорбенту, нашедшему применение в изготовлении подгузников.
Также из смолы можно высвободить полилактид (PLA). Несложная последовательность химических реакций и последующей очистки дает на выходе пищевой лактат натрия, который под кодом Е325 можно обнаружить в спортивных напитках и сладостях. Команда Дрогана решилась на смелый эксперимент и изготовила из полученного лактата жевательных мармеладных мишек. Ученым они пришлись по вкусу, но все же они понимают, что такой способ производства конфет может встретить сопротивление общественности.
Но и этим возможности новой смолы не исчерпываются. Смешав ее с каменной крошкой, можно получить востребованный сегодня материал - искусственный камень, столешницы и раковины из которого легко встретить в квартирах, офисах и отелях.
Команда Дрогана смогла наяву воплатить идею молекулярной гибкости, когда один атом углерода способен перемещаться из одного материала в другой. Основным же препятствием распространения этой технологии исследователи видят отсутствие достаточного количества биопластика для создания больших конструкций, таких как ветряные турбины. Дорган обратил внимание, что для того, чтобы это стало возможным, потребуется значительный объем производства смоляного материала. Но тем не менее, своим исследованием они задали вектор развития.
