اختصاصی بسپار در هفته زمین پاک/ پلاستیک ها نقش آفرین اصلی در گذار به سوی انرژی‌های نو

گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ ایران پلیمر انرژی نو به منابع انرژی تجدیدپذیر غیر از سوخت‌های فسیلی، مانند خورشید، باد، هیدروژن، آب و غیره اشاره دارد. در حال حاضر استفاده گسترده تر از منابع انرژی پاک با ذخیره انرژی امکان پذیر شده است.

بر اساس گزارش Technavio، تخمین زده می‌شود که بازار جهانی انرژی‌های تجدیدپذیر بین سال‌های 2022 تا 2027 با نرخ رشد مرکب سالانه 8.91 درصد رشد کند، که 73 درصد از آن به رشد چشمگیر بازار آسیا و اقیانوسیه کمک خواهد کرد. به طور قابل‌توجهی، نوآوری مداوم در پلاستیک، توسعه ی رو به رشد صنعت انرژی‌های نو را با مواد جدید سبک وزن، کارایی بالا، به صورت کم‌هزینه و کم کربن تقویت می‌کند. با استفاده از خواص منحصر به فرد پلاستیک، طرح‌های پیچیده تر، اجزای بهینه و فناوری‌های فراورش کارآمد در حال ظهور هستند.

ضرورت انرژی خورشیدی برای افزایش پایداری و نقش پلاستیک در آن

بر اساس داده‌های آژانس بین‌المللی انرژی (IEA)، پیش‌بینی می‌شود که ظرفیت انرژی‌های تجدیدپذیر جهانی تا 107 گیگاوات (GW) افزایش یابد که دو سوم آن مربوط به انرژی خورشیدی خواهد بود.

پلاستیک به طور روز افزونی برای تولید قطعات مدرن سلول‌های خورشیدی، مانند فیلم‌های محصور کننده، صفحات پشتی، صفحات جلو، قطعات ساختاری و سایر اجزاء استفاده می‌شود که نقش اساسی در توسعه‌ی این سامانه ایفا می‌کند.

پلاستیک با جایگزینی شیشه و آلومینیوم، دارای فهرستی از مزایا از جمله وزن و هزینه‌ی کم و کارآمدی برای تولید و کارایی بالا است. همچنین از رطوبت، دما و پرتو فرابنفش محافظت می‌کند. از آنجایی که پلاستیک سبک تر از شیشه و آلومینیوم است، سلول‌های خورشیدی ساخته شده با پلاستیک را می‌توان بر روی تعداد بیشتری از سقف‌ها نصب کرد. تولیدکنندگان مختلف سلوس‌های خورشیدی محصولات سبک وزن را با ملاحظات زیست محیطی توسعه داده اند و مزایای پایدار آن را افزایش داده اند.

Solarge، تولید کننده سلول‌های خورشیدی، با SABIC برای توسعه سلول‌های خورشیدی سبک وزن و کم کربن شریک شده است. ترکیبات پلی پروپیلن متمایز SABIC برای سلول‌های خورشیدی بیش از 50 درصد کاهش وزن و 25 درصد کاهش ردپای کربن را ارائه می‌دهد.

تولیدکننده دیگرMerlin Solar، محصولی دارد که وزن آن به طور قابل توجهی کمتر از یک محصول استاندارد است زیرا به جای محافظ شیشه‌ای از پلاستیک استفاده می‌کند.

شرکت کره جنوبی LG Chem، LUPOY EU5201، یک پلاستیک مهندسی متشکل از آکریلونیتریل استایرن آکریلات (ASA) با پلی کربنات (PC) به عنوان پایه ساخته که با الیاف شیشه تقویت شده است. مواد قوی و سبک وزن برای جایگزینی آلومینیوم برای تولید قاب سلول خورشیدی استفاده می‌شود. علاوه بر این، می‌توان آن را با رایانه‌های شخصی بازیافتی پس از مصرف (PCR) نیز تولید کرد.

پره‌های جدید توربین بادی و نقش پلاستیک در آن

در حالی که انرژی بادی به عنوان یک منبع انرژی تجدید پذیر مزایایی را ارائه می‌دهد، بخش انرژی بادی با چالش هزینه‌های بالای تولید مواجه است. پره‌های توربین بادی که 20 تا 25 درصد از هزینه‌های توربین را تشکیل می‌دهند، نقش مهمی در رقابتی تر و قابل دسترس تر کردن انرژی باد دارند. کلید توسعه پره‌های سبک وزن در طرح‌های بهینه نهفته است.

مواد بسپاری پیشرفته، که به دلیل وزن کم و عملکرد پیشرفته‌شان شناخته شده‌اند، فرصت‌های هیجان‌انگیزی را برای طراحی پره‌های توربین بادی جدید ارائه می‌کنند، به‌ویژه که پره‌های بلندتر به روندی در حال ظهور تبدیل شده‌اند. با استفاده از مواد سبک وزن، می‌توان به پره‌های بلندتری دست یافت که منجر به کاهش بارهای استاتیکی و دینامیکی می‌شود. این نه تنها نیازهای تعمیر و نگهداری را کاهش می‌دهد، بلکه طول عمر پره‌ها را نیز افزایش می‌دهد.

رزین‌ها و پوشش‌های پلی یورتان (PU) عملکرد بهتر و مزایایی از جمله هزینه‌ی کمتر را برای سازنده پره‌های توربین بادی به همراه دارند. پره‌ی PU با خواص مکانیکی بهتر و همچنین فرآیند تولید مقرون به صرفه نسبت به پره‌های اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه‌ی معمولی، نشان دهنده‌ی یک جهش فناورانه است. ترکیب کامپوزیتی از جنس PU با فرآیند تزریق PU امکان نسبت‌های الیاف به ماتریس بالاتر را فراهم می‌کند و خواص مکانیکی برتر را در مقایسه با کامپوزیت‌هایی از جنس اپوکسی معمولی ارائه می‌دهد.

در تولید کامپوزیت‌های الیافی بسیار بزرگ که در پره‌های توربین بادی استفاده می‌شود، گرانروی کم رزین‌های PU منجر به سرعت تزریق سریع تر می‌شود. علاوه بر این، رزین‌ها مزیت دیگری در سرعت پخت را ارائه می‌دهند. ضمناً دوام استثنایی پوشش محافظ PU، محافظت در برابر فرسایش فوق‌العاده‌ای را فراهم می‌کند و نیاز به تعمیر و نگهداری و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.

در یک مطالعه ی موردی از Covestro و bewind مشخص شد که استفاده از راه‌حل‌های PU Covestro در مقایسه با محصولات جایگزین استاندارد در یک مزرعه بادی معمولی دریایی، هزینه‌های تولید را تا 8 درصد کاهش می‌دهد.

رزین‌های PU Covestro دارای گرانروی کم و زمان پخت کوتاه هستند که چرخه‌های تولید پره را به حداقل می‌رساند. این به نوبه خود زمان استفاده از قالب را بهینه می‌کند و هزینه‌ی مواد و نیروی کار برای هر پره را کاهش می‌دهد. مصرف انرژی مرتبط با آن را نیز کاهش می‌یابد. از طرفی به کار گیری مواد قابل بازیافت تعهد بخش انرژی بادی را به اقتصاد چرخشی بیشتر می‌کند. اخیراً خبرها  حاکی از تکمیل موفقیت آمیز آزمایش اعتبارسنجی کامل اولین پره توربین بادی قابل بازیافت و تولید دومین پره گرمانرم قابل بازیافت است. پره‌ی دوم با طول 77 متر، اولین پره در جهان است که از رزین مایع گرمانرم بازیافتی Arkema، Elium، در ساخت شبکه برشی به عنوان یک جزء ساختاری ضروری پره استفاده می‌کند.

اجزای کامپوزیت ساخته شده از Elium را می‌توان با استفاده از روش بازیافت شیمیایی پیشرفته بازیافت کرد. این شامل بسپارش کامل رزین، جداسازی الیاف از رزین، و بازیابی یک رزین جدید و الیاف شیشه‌ای با کارایی بالا و آماده برای استفاده‌ی مجدد است.

تسریع در تجاری سازی فناوری هیدروژن و نقش پلاستیک در آن

هیدروژن، که تقریباً هیچ گاز گلخانه‌ای (GHG) در هنگام سوختن تولید نمی‌کند، یک گزینه انرژی نو برای کاهش انتشار کربن در صنایع سنگین و حمل‌ونقل، از جمله خودروهای پیل سوختی (FCVs) و هواپیماها است. برای تسریع تجاری سازی فناوری هیدروژن و پیل سوختی، توسعه‌ی سامانه‌های مخزن سبک، ضد نشت و ایمن برای حمل و نقل و ذخیره سازی بسیار مهم است.

در مورد وسایل نقلیه و هواپیماهای با کارایی بالا، وزن قطعات از اهمیت بالایی برخوردار است. پلاستیک‌های تقویت شده با الیاف گزینه‌های ارجح برای ساخت مخازن هستند که به اندازه کافی سبک و مقاوم برای نصب در وسایل نقلیه و هواپیما هستند.

مخازن تحت فشار کامپوزیتی (CPV)، مانند مخازن تحت فشار پلاستیکی تقویت شده با الیاف کربن (CFRP)، معمولاً برای ذخیره سازی هیدروژن استفاده می‌شوند. این ظروف معمولاً از یک پوشش گرمانرم تشکیل شده است که الیاف به دور آن پیچیده شده است. CPV‌ها به عنوان جایگزین مخازن فولادی عمل می‌کنند و در عین حال مقاومت در برابر خوردگی را نیز دارند.

Toray، تامین کننده مواد ژاپنی، الیاف کربن فوق العاده با استحکام معروف به TORAYCA را ارائه می‌دهد که دارای استحکام کششی استثنایی است. این ماده مخازن هیدروژن را تقویت می‌کند و آن‌ها را قادر می‌سازد تا در برابر فشار انفجاری فوق‌العاده بالا مرتبط با هیدروژن فشرده مقاومت کنند.

به دلیل اندازه ی مولکولی کوچک، هیدروژن می‌تواند در مواد پلاستیکی پخش شود. برای مقابله با این چالش، Kautex یک مخزن هیدروژن با استفاده از پلی آمید خاصی ایجاد کرده است که خواص سدگری بالایی دارد. داخل مخزن از مواد گرمانرم و سیم پیچ لیفی تشکیل شده است که استحکام مکانیکی را برای تأمین ایمنی می‌افزاید و می‌تواند تنش مکانیکی بالا و محدوده دمایی از 60- درجه سلسیوی تا 120+ درجه سانتیگراد را تحمل کند.

قابل ذکر است، مواد جدید زیست پایه می‌توانند به سطح بالاتری از پایداری مخازن هیدروژن کمک کنند. پروژه CUBIC، یک ابتکار اخیر در اروپا، با هدف توسعه ی مواد با 100٪ واسطه‌های قابل بازیافت مشتق شده از لیگنین و روغن‌های گیاهی برای چنین کاربردهایی است.

افزایش انعطاف پذیری و ایمنی برای لوله‌ها و فیلم‌ها

توسعه‌ی شبکه‌های هیدروژن و نیروگاه آبی نیاز به استفاده از لوله‌های گاز و آب قابل اعتماد دارد، در حالی که لوله‌های محافظ کابل پلاستیکی نیز برای محافظت از سیم‌ها و کابل‌های برق ضروری هستند. لوله‌های پلاستیکی در مقایسه با فلز یا بتن دوام و مقاومت بیشتری در برابر مواد شیمیایی و خوردگی دارند. همچنین سبک وزن هستند و نصب آن‌ها راحت تر است.

لوله‌های فولادی به سختی داخل زمین یا محیط‌های ناهموار قرار می‌گیرند. لوله‌های پلاستیکی مانند لوله‌های پلی اتیلن به دلیل انعطاف پذیری بیشتر و کاهش حساسیت نسبت به ترک خوردن برای چنین سناریوهایی مناسب تر هستند. پلی اتیلن شبکه‌ای شده (PEX) انعطاف پذیری و دوام فوق العاده‌ای را از خود نشان می‌دهد و سبب می‌شود فشار شدید را تحمل کند و آن را به گزینه‌ای محبوب برای لوله تبدیل می‌کند.

برای انرژی‌های تجدیدپذیر خارج از شبکه، باتری‌های لیتیومی به عنوان ذخیره‌ساز اولیه عمل می‌کنند که در آن فیلم جمع‌کننده جریان نقش ضروری در اتصال باتری به مدار خارجی دارد.

در حالی که جمع کننده‌های جریان معمولی اغلب از فویل آلومینیوم و مس استفاده می‌کنند، فیلم‌های جمع کننده‌ی جریان کامپوزیتی با ساختار سه لایه “فلز-بسپار-فلز” ایمنی بالاتری را ارائه می‌دهند.

این فیلم‌های کامپوزیتی به دلیل ساختار فوق العاده نازک خود، چگالی انرژی باتری را افزایش می‌دهند و در نتیجه در مصرف مس تا 66 درصد و در آلومینیوم تا 85 درصد صرفه جویی می‌شود. این کاهش تولید مس و آلومینیوم منجر به کاهش انتشار کربن نیز می‌شود.

چین در خط مقدم تحول انرژی

طبق گزارش آژانس بین‌المللی انرژی (IEA)، از آنجایی که ظرفیت جهانی برای انرژی‌های تجدیدپذیر با سرعت قابل توجهی در حال رشد است، انتظار می‌رود چین در سال 2024 از نظر ظرفیت از دیگر کشورها پیشی بگیرد و موقعیت خود را به عنوان یک رهبر جهانی در انرژی‌های تجدیدپذیر بیشتر مستحکم کند. علاوه بر این، پیش بینی می‌شود که هند نیز در سال 2024 افزایش ظرفیت را تجربه کند.