3D打印塑料廢料造出風(fēng)力發(fā)電機(jī)

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導(dǎo)讀：近年來，為了給電力生產(chǎn)提供一個(gè)更可持續(xù)的替代方案，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)在世界各地得到發(fā)展。以美國為例，風(fēng)能的年總發(fā)電量從2000年的60億千瓦時(shí)增加到2021年的約3800億千瓦時(shí)。根據(jù)美國能源信息署（EIA）的數(shù)據(jù)，這約占美國公用事業(yè)規(guī)模總發(fā)電量的9.2%。未來仍有許多挑戰(zhàn)需要克服，但進(jìn)展值得肯定。在這些挑戰(zhàn)中，一些客戶認(rèn)為不能無條件地建造風(fēng)力渦輪機(jī)，同時(shí)也要考慮所生產(chǎn)的葉片的可回收性。

據(jù)悉，比利時(shí)的From Waste to Wind協(xié)會(huì)就是為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)而成立的。該公司使用增材制造技術(shù)，主要是熔融沉積模型（FDM），用回收的塑料來設(shè)計(jì)風(fēng)力渦輪機(jī)。非營利組織From Waste to Wind的創(chuàng)始人Bram早前曾在在佛蘭德政府部門開展大型風(fēng)力渦輪機(jī)對環(huán)境的影響研究，并獲得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)在，他通過自己的公司開始向公眾推廣一個(gè)開源的3D打印風(fēng)力發(fā)電機(jī)，這是一種更為環(huán)保的能源利用模式。From Waste to Wind已經(jīng)獲得了一個(gè)國際獎(jiǎng)項(xiàng)和比利時(shí)安特衛(wèi)普氣候基金的額外支持。

△BramPeirs拿著3D打印的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片

From Waste to Wind的建立背景

在佛蘭德政府工作時(shí)，Bram注意到風(fēng)力渦輪機(jī)的推廣仍有很多阻力。盡管已經(jīng)有相當(dāng)嚴(yán)格的規(guī)則來限制風(fēng)輪機(jī)對環(huán)境的影響，但人們并不了解這些規(guī)則。他們擔(dān)心風(fēng)輪機(jī)會(huì)造成噪音污染并阻擋他們的視線，所以他們不希望風(fēng)輪機(jī)出現(xiàn)在他們的花園里。為了讓人們以不同的眼光看待風(fēng)力發(fā)電，Bram開始嘗試用舊桶做風(fēng)輪，用舊硬盤的磁鐵，并在互聯(lián)網(wǎng)上遇到了和他志同道合的伙伴。

Bram現(xiàn)在與Time Circus合作，這是一個(gè)用回收材料制造各種東西的公益團(tuán)體，他們還在比利時(shí)經(jīng)營Loods 21和Bar Paniek。TimeCircus最初自制的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片是由PVC下水道管制成的，它的抗紫外線能力不強(qiáng)，并且葉片也已經(jīng)破損，導(dǎo)致了發(fā)電故障。最終，Bram花了200歐元買了一臺打印機(jī)，采用3D打印修復(fù)了葉片。

△照片來源：From Waste to Wind

塑料打印有時(shí)并不像它看起來那么容易，它可能會(huì)收縮和變形，Bram花了幾個(gè)月的時(shí)間才把它做好。后來，Bram又打印了一個(gè)完全定制的風(fēng)力渦輪機(jī)，尺寸為20x20x20厘米。這個(gè)風(fēng)輪機(jī)幾個(gè)月來一直運(yùn)行良好，它為Bram在Hackaday（一個(gè)為創(chuàng)新創(chuàng)造者提供的國際平臺）贏得了10000美元的獎(jiǎng)金，這對他們來說是一個(gè)很好的鼓勵(lì)。

為了打破可再生能源的障礙，特別是小規(guī)模的風(fēng)能，使能源生產(chǎn)更接近人們，Bram創(chuàng)建了From Waste to Wind協(xié)會(huì)。該公司目前的商業(yè)模式主要是做研究和提高意識，他們用獎(jiǎng)金和補(bǔ)貼來做這件事。此外，他們還收到了安特衛(wèi)普市氣候基金的資助，這對于該公司的公益目標(biāo)是一個(gè)莫大的鼓舞。

△由rPET制成的風(fēng)力發(fā)電機(jī)原型。照片來源：From Waste to Wind

3D打印的可持續(xù)性

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的也葉片回收一直是個(gè)大問題，當(dāng)它們在20年后達(dá)到使用壽命時(shí)，纖維和樹脂不能被分離。唯一能做的就是把它們磨碎并放入垃圾填埋場或在瀝青中重新使用。在美國，它們往往被埋在垃圾場里。

純塑料葉片可以完全回收，不像其他制造商使用的玻璃纖維增強(qiáng)的刀片。Bram特意選擇不添加纖維的增強(qiáng)塑料進(jìn)行打印。因?yàn)橐袁F(xiàn)在的回收手段，塑料仍然是 "被污染"的，再利用的潛力要小得多。今天，很多的塑料廢物都是打印過程中產(chǎn)生的，然后就是材料的來源不明確。例如，PLA生物材料可能會(huì)在某個(gè)地方生產(chǎn)，然后被運(yùn)到另一個(gè)工業(yè)設(shè)施，在那里被加工成長絲。這就是Bram選擇使用rPET的原因，它是由回收的PET制成的，也就是用于塑料瓶的塑料。反正它必須被回收，而且當(dāng)?shù)匾呀?jīng)有了，而且它還具有比PLA更好的機(jī)械性能。

△照片來源：From Waste to Wind

From Waste to Wind未來的項(xiàng)目

From Waste to Wind計(jì)劃制造出更大的風(fēng)力渦輪機(jī)，長度達(dá)4米，這將產(chǎn)生一個(gè)普通家庭所需的50%的能量，與光伏發(fā)電進(jìn)行互補(bǔ)。他們還計(jì)劃把所有的風(fēng)輪機(jī)連接到電腦上，這樣消費(fèi)者就可以隨時(shí)看到他的風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生多少能量，也可以看到安全參數(shù)，如振動(dòng)。目前，From Waste to Wind正在開發(fā)他們自己的MPPT控制器，這將是完全開源的。