Kompozit Teknolojisindeki Gelişmeler

Kompozit malzemeler, kimyasal ve fiziksel olarak bireysel bileşenlerinden farklı bir malzeme oluşturmak için birleştirilmiş iki veya daha fazla malzemeden tasarlanmıştır. Birçok yüksek performanslı kompozit mevcuttur ancak yenilenebilir enerji yapıları içinde en dikkate değer olanı karbon fiber takviyeli ve cam takviyeli polimerlerin varyasyonlarıdır.

Malzeme teknolojisi, eşdeğerlerinden çok daha hafif ve daha güçlü olan fiberglasın keşfi itibariyle günden güne büyümektedir.

2015 yılı sonunda Paris’te düzenlenen “Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Konferansı”, küresel ısınmayı 2 C^o altında sınırlandırarak iklim değişikliğinin etkilerini azaltmak ve 2030-2050 yılları arasında sıfır sera gazı emisyonu gerçekleştirmek için 55 ülke arasında küresel bir anlaşmayı beraberinde getiren büyük bir zafer olarak övgüyle karşılanmıştır.

Sera gazları kızılötesi radyasyonu emerek atmosferdeki ısıyı hapseder ve böylece küresel ısınmaya yol açan sera gazı etkisini yaratır. Sera gazının % 65’i, özellikle elektrik ve ısı üretiminde fosil yakıtların ve endüstri süreçlerinin yakılması yoluyla çevreye pompalanan karbondioksittir.

Doğada serbestçe var olan, asla tükenmeyen ve çevre dostu olan yenilenebilir kaynakların kullanımın arttırılmasının, küresel ısınmayı dengelemek için ana çözüm olduğu tartışmasızdır. Güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi, hidroelektrik ve biyo-yakıt alternatiflerinin araştırılması ve geliştirilmesi bu nedenle çok önemlidir.

Aynı şekilde, yenilenebilir enerjide kompozit malzeme kullanımı, sürdürülebilir enerji kaynaklarının kullanılmasını sağlayan yapıların üretimi yoluyla giderek daha hayati bir rol oynamaktadır. Metalik yapılara göre ağırlığın azalması, nakliye ve montaj maliyetlerinin düşmesi ve en önemlisi yapının ömrü boyunca daha düşük bakım maliyetine ihtiyaç duyması gibi faktörler kompozitleri büyük ölçekli projelere ekonomik çözümler sağlayan fiili bir malzeme olarak konumlandırmaya başlamıştır.

Çeşitli yenilenebilir enerji uygulamalarında kompozit malzemenin artan kullanımları

Hükümet ve üretim şirketlerinin çevre kirliliğini azaltmak ve fosil yakıtlara bağımlılığı en aza indirmek için artan odakları, dünya çapında yenilenebilir enerji pazarının büyümesini sağlamaktadır. Yenilenebilir enerji sektöründeki bu büyümenin, kompozit malzemelere olan talebi artırması beklenmektedir. Ayrıca, rüzgâr türbinlerindeki fiber takviyeli polimerler (FRP’ler) gibi kompozit malzemelere artan talep de pazardaki büyümeyi yönlendirmektedir. FRP malzemesi mükemmel bir yorulma mukavemetine sahiptir, rastgele yüklemelere ve korozyona karşı dayanıklıdır, minimum bakım gerektirir ve uzun yıllar hizmet verebilmektedir.

Rüzgâr türbinlerinin hafif ve karmaşık yapılı kanatları, minimum işçilik ve maliyetle tasarlanmış kalıplarda kompozit malzeme kullanılarak üretilmektedir. Bu durum kompozit malzemelerin bu sektörde ilerlemesinde oldukça etkili olmuştur.  Şu anda araştırma ve geliştirme hizmetleri, kara tabanlı ve açık deniz sistemleri için türbin ve motor kanatlarında ihtiyaç duyulan boyut artışını karşılamayı amaçlamaktadır.

Ayrıca, türbin kanatları için daha hafif fiber takviyeli polimer malzemelerin kullanılması, birim hacim başına daha fazla güç üretmektedir. Avrupa’da rüzgâr türbini kanatlarının artan geri dönüşümü de bu pazarın büyümesini yönlendirmektedir. Örneğin Temmuz 2019’da EUCIA, Cefic (Avrupa Kimya Endüstrisi Konseyi) ve WindEurope (Avrupa Rüzgâr Enerjisi Birliği), rüzgâr türbini kanatlarının geri dönüşümü için sektörler arası bir platform oluşturmuştur. Rüzgâr türbin bıçakları için kompozit malzemelerin kullanılması, daha hafif ve daha uzun bıçaklara izin vererek rüzgâr enerjisinin performansını artırır.

Günümüz senaryolarında rüzgâr enerjisi sektöründe 2,5 milyon ton kompozit malzeme kullanılmaktadır.

GE 1.5 megaWatt rüzgâr türbini, üç adet 116 fit fiberglas kanattan ve 36 ton ağırlığındaki bir kanat tertibatından oluşmaktadır. Uzun rüzgar türbin kanatlarına duyulan ihtiyaç, daha sert karbon fiber yapısı ve daha hafif ağırlıktaki uzun kanatlar gerektirmektedir. Türbin kanatları için e-cam (mühendislik camı ile güçlendirilmiş fiberler) yerine karbon fiberlere geçiş, herhangi bir ek ağırlık artışı olmadan kanat uzunluğuna 16 fit ekleyebilmektedir.

İlk nesil rüzgâr türbinleri giderek hizmet dışı bırakılmakta ve çeşitli yenilenebilir enerji dernekleri, rüzgâr türbini kanatlarının geri dönüşümü için kompozit endüstrileri ile birlikte çalışarak daha güvenilir ve uygun fiyatlı bir dönüşüme gitmektedir. Yenilenebilir enerji sektörlerindeki bu büyümenin kompozit malzemelerin kullanımını arttıracağı düşünülmektedir.