Pada tahun 2050, permintaan energi global diperkirakan meningkat dua kali lipat. Hal ini menimbulkan kontradiksi yang mencolok. Kita membutuhkan lebih banyak kekuatan dari sebelumnya. Namun, krisis iklim menuntut kita berhenti menggunakan bahan bakar fosil. Solusinya terletak pada sumber energi terbarukan. Tapi ada batasannya. Sistem ini harus dioptimalkan agar dapat bekerja secara efisien. Para peneliti dan insinyur beralih ke material komposit untuk memecahkan teka-teki ini.
Perancang turbin angin ikut serta dalam hal ini sejak dini. Mereka membutuhkan pisau yang sangat ringan. Mereka juga membutuhkannya untuk bertahan dalam kondisi yang keras. Korosi adalah musuh utama dalam lingkungan seperti ini. Pilihan tradisional termasuk resin epoksi atau poliester yang dicampur dengan fiberglass. Campuran ini memberikan ketahanan yang diperlukan terhadap tekanan fisik.
Persyaratannya sederhana secara teori tetapi sulit dalam praktiknya. Pisau harus bertahan lebih dari 30 tahun. Kebutuhan pemeliharaan harus minimal. Mereka harus bekerja dengan baik dalam kondisi cuaca yang acak dan tidak dapat diprediksi. Pertaruhannya semakin besar seiring dengan munculnya pembangkit listrik tenaga angin lepas pantai. Turbin yang berada di laut menghadapi badai yang lebih buruk. Bilahnya bertambah panjang untuk menangkap lebih banyak angin. Hal ini mendorong ilmu material ke batas kritis.
Para insinyur menanggapinya dengan menambahkan serat karbon ke dalam campuran. Hasilnya adalah peningkatan yang signifikan. Pisau menjadi lebih ringan. Aerodinamika mereka meningkat. Hal ini memungkinkan mereka menghasilkan lebih banyak listrik per unit volume. Peningkatan efisiensi sangat besar.
Namun ada satu masalah besar. Bahan bilah turbin angin yang dapat didaur ulang ini terkenal sulit terurai. Kebanyakan komposit adalah termoset. Mereka terikat secara permanen. Setelah disetel, mereka tetap disetel. Mereka tidak meleleh. Hal ini membuat daur ulang hampir tidak mungkin dilakukan dengan metode yang ada saat ini.
Jam sudah terus berdetak. Mulai sekitar tahun 2020, ratusan turbin angin perlu dinonaktifkan setiap tahunnya. Volume itu hanya akan bertambah. Jika kita tidak bisa menangani limbahnya, transisi energi ramah lingkungan akan menghadapi mimpi buruk logistik. Tempat pembuangan sampah bukanlah strategi jangka panjang yang berkelanjutan untuk peralatan industri.
Tim ilmuwan telah berupaya mengatasi hambatan khusus ini. Mereka bertujuan untuk membuat komposit yang benar-benar dapat didaur ulang. Terobosan ini melibatkan penggantian resin dasar. Alih-alih resin termoset, mereka beralih ke resin termoplastik.
Pergeseran ini penting karena dua alasan. Pertama, memungkinkan daur ulang melalui depolimerisasi. Materi tersebut dapat dipecah kembali menjadi komponen-komponennya. Kedua, menghemat energi selama produksi. Termoplastik seringkali membutuhkan lebih sedikit energi untuk diproses dibandingkan resin tradisional. Hal ini membuat seluruh siklus hidup blade menjadi lebih bersih.
Kami bergerak menuju ekonomi sirkular untuk infrastruktur terbarukan. Tidak cukup hanya menghasilkan listrik bersih. Kita juga harus mengelola perangkat keras yang menghasilkannya. Dekade berikutnya akan menentukan apakah kita dapat menutup lingkaran energi angin. Ilmu material berkembang pesat. Namun skala sampah yang akan terjadi di masa depan sangatlah besar. Bisakah kita mengikutinya? Jawabannya bergantung pada seberapa cepat metode daur ulang baru ini dikembangkan. Angin akan terus bertiup. Pertanyaannya adalah apakah kita bisa membersihkannya setelahnya.
Bahan tersembunyi yang menggerakkan energi kelautan dan sel bahan bakar
Turbin angin mendapat banyak pemberitaan, namun pertarungan rekayasa sebenarnya untuk energi terbarukan terjadi di bawah air dan di sel bahan bakar. Ini bukan hanya tentang menangkap angin atau matahari. Ini tentang bertahan hidup terhadap lingkungan.
Misalnya turbin hidro. Mereka beroperasi dalam kondisi brutal. Air asin menimbulkan korosi pada logam. Ia memakan bantalan dan melemahkan integritas struktural seiring berjalannya waktu. Di sinilah peran komposit. Tentu saja, komposit ringan, yang penting ketika Anda mencoba memutar rotor secara efisien. Namun kekuatan super mereka yang sebenarnya adalah perlawanan.
Resin epoksi hampir tidak dapat ditembus air. Ini bertindak sebagai perisai. Di dalam turbin ini, Anda menemukan nozel—komponen yang dirancang untuk mempercepat aliran air dan menangkap lebih banyak tenaga. Mereka terbuat dari fiberglass dan epoksi. Bahannya tidak berkarat. Itu tidak membengkak. Itu hanya bertahan.
Komposit menawarkan jadwal pemeliharaan yang praktis tidak ada.
Sel bahan bakar menghadirkan serangkaian tantangan yang berbeda. Energi tersebut hanya dianggap terbarukan jika hidrogen diproduksi secara berkelanjutan. Namun dengan asumsi hidrogen hijau memang ada, perangkat kerasnya harus kuat. Di sini, vinil ester yang dicampur dengan serat karbon mengubah keadaan.
Campuran ini bersifat konduktif. Mereka stabil secara dimensional. Mereka tidak terbakar. Penerapan praktis penting di sini. Mobil hidrogen masa depan membutuhkan tangki penyimpanan. Tangki logam berat dan rentan terhadap penggetasan hidrogen. Tangki komposit lebih ringan. Mereka mengurangi waktu produksi. Mereka cocok dengan desain kendaraan yang tidak bisa dilakukan oleh logam kaku.
Permukaan surya dan dorongan untuk efisiensi
Panel surya telah ada selama beberapa dekade, namun bahan yang menahannya terus berkembang. Kami tidak hanya melihat efisiensi sel itu sendiri. Kami sedang melihat siklus hidup seluruh instalasi.
Komposit termoset menggantikan rangka aluminium. Mereka menggantikan genteng tanah liat tradisional. Hasilnya adalah struktur yang ringan, tahan lama, dan tahan terhadap cuaca. Sinar matahari merusak banyak bahan. Komposit ini menolaknya.
Namun inovasinya lebih mendalam pada sel fotovoltaik. Para peneliti sedang bereksperimen dengan film tipis. Secara khusus, kombinasi oksida bismut dan mangan. Ini bukan sekadar pelapis struktural. Ini adalah optik.
Film ini mengoptimalkan cara sel menyerap sinar matahari. Ini menangkap spektrum sinar yang lebih luas. Lebih banyak penyerapan berarti lebih banyak listrik. Ini adalah perubahan halus dalam kimia yang dapat meningkatkan produksi secara signifikan.
Trennya jelas. Kita beralih dari logam berat, konduktif, dan korosi. Kami beralih ke material rekayasa yang tahan lebih lama. Sektor energi tidak hanya mengubah apa yang dibakar atau apa yang dihasilkannya. Ini mengubah bahan pembuatnya. Dan perubahan itu bersifat struktural.
