Valeria La Saponara, profesora del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, tiene la visión de desarrollar palas de aerogeneradores compostables y ecológicas hechas de bambú y micelio. Fuente: Gregory Urquiaga/UC Davis
El año es 2035. En un mundo que enfrenta una catástrofe climática, la empresa humana está impulsada por campos de parques eólicos, con aspas de turbinas hechas de pastos de rápido crecimiento y las raíces de un hongo de un millón de años.
Puede sonar como una escena de una película de ciencia ficción, pero la experta en compuestos de polímeros Valeria La Saponara, profesora del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad de California, Davis, tiene la visión de desarrollar aerogeneradores compostables y ecológicos. aspas de turbina hechas de bambú y micelio, un sistema de raíces similar a un hongo, que transporta hongos.
La Saponara, la investigadora principal Michele Barbato del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, y un equipo diverso de estudiantes e investigadores del laboratorio de Investigación, Ingeniería y Ciencia de Compuestos Avanzados están probando un prototipo en el campus.
Reto medioambiental relacionado con la eliminación de palas de aerogeneradores
El viento es una de las fuentes de energía renovable de más rápido crecimiento en California y en todo el mundo. Es una parte clave del camino de California hacia la neutralidad de carbono para 2045. China, que representa más de la mitad de la energía eólica del mundo, planea construir un parque eólico que podría alimentar 13 millones de hogares para 2025, alcanzando la meta cero.
El papel cada vez mayor del viento es en gran medida una buena noticia. Sin embargo, con el desarrollo de esta fuente clave de energía renovable, se necesita una solución respetuosa con el medio ambiente para el número exponencialmente creciente de palas eólicas que van a parar a vertederos. Las aspas de las turbinas eólicas son enormes: el diámetro promedio del rotor en los EE. UU. en 2021 fue de 418 pies, por lo que una sola aspa es casi tan grande como la envergadura de un Boeing 747. Diseñadas para soportar fuertes vientos y condiciones climáticas, las aspas tienen una vida útil de alrededor de 20 años antes de que sean retirados o reemplazados. La mayoría están construidos con una estructura compuesta de fibra de vidrio/resina epoxi construida sobre madera de balsa para mayor estabilidad y flexibilidad. Las opciones de reciclaje son muy limitadas, costosas y tienen un impacto adicional en la huella de carbono del transporte.
La mayoría de las palas de los aerogeneradores acaban en los vertederos. Según investigaciones recientes, solo en los Estados Unidos, más de 2 millones de toneladas de palas al final de su vida útil terminarán en vertederos para 2050; A nivel mundial, el peso de todas las palas que se eliminarán gradualmente para 2050 podría llegar a 43 millones de toneladas métricas. El uso de balsa es un impacto devastador adicional en el medio ambiente. El rápido desarrollo de la energía eólica ha resultado en una deforestación excesiva de la selva amazónica en Ecuador, lo que ha resultado en una deforestación descontrolada y daños sociales a las comunidades indígenas de la región. Algunos fabricantes están cambiando al plástico PET, agregando millones de toneladas de desechos de PET al medio ambiente.
Diseño de palas de aerogeneradores compostables
Para La Saponara, la contaminación por palas de viento es un problema urgente.
“Queremos energía limpia, pero la energía limpia no debe contaminar el medio ambiente y no debe causar deforestación”, dijo La Saponara. “Si estamos tratando con energía limpia, no se trata de la deforestación de la selva amazónica. Queremos ser buenos ciudadanos para todos”.
La Saponara prevé una pala de turbina eólica compostable construida con bambú tejido, micelio y biomasa de desechos agrícolas del Valle Central de California en lugar de fibra de vidrio y balsa. Comenzó a trabajar con micelio en 2019 cuando buscaba una alternativa a los plásticos de origen fósil para los revestimientos de cascos de bicicleta. El micelio es una sustancia extremadamente versátil y el laboratorio La Saponara está explorando la posibilidad de utilizarlo como una alternativa compostable, baja en carbono y baja toxicidad a materiales no degradables como el poliuretano y el acrílico.
El micelio es un sistema de raíces similar a un hongo que genera hongos y es extremadamente versátil como material. Fuente: Gregory Urquiaga/UC Davis
Escalar a un proyecto tan grande y complejo como las palas de una turbina eólica es un paso adelante, que involucra a un grupo altamente colaborativo.
“El proyecto está creciendo como hongos después de la lluvia”, bromeó La Saponara. “Crear este proyecto requiere del trabajo de muchas disciplinas”.
Además del investigador principal Barbato, que apoyará el desarrollo estructural, y del ingeniero de investigación Shuhao Wan, el proyecto incluye un grupo diverso de estudiantes de ingeniería y diseño.
Combinación de materiales sostenibles: bambú y micelio
Afortunadamente, La Saponara cuenta en su equipo con un investigador altamente multidisciplinario que también es un talentoso artesano del bambú. Shuhao Wan, ingeniero de instrumentación y diseño en el laboratorio, trabajó con bambú como pasatiempo para crear modelos de barcos en botellas. Wan está probando diferentes formas de tejer cañas de bambú.
El equipo está explorando formas de construir hojas, incluida la estructuración de una capa de bambú. Fuente: Gregory Urquiaga/UC Davis
Mientras tanto, el equipo está trabajando en la optimización del sustrato para el crecimiento y la unión de la capa de micelio. El micelio es un material increíble porque se puede cultivar donde se pretende utilizar, siempre que las condiciones sean las adecuadas. La masa de hongos puede prosperar en los flujos de desechos, desde posos de café hasta plásticos desechados, y su materia prima afecta sus propiedades. Pero el micelio no se lo come todo y, naturalmente, el bambú antifúngico no está en el menú. El equipo está probando la incorporación de residuos textiles posconsumo, lo que podría proporcionar el beneficio adicional de cultivar micelio utilizando residuos destinados a vertederos.
Prueba de molinos de viento de micelio y bambú
El equipo construyó recientemente un prototipo para comenzar las pruebas.
“Queremos hacer pruebas estructurales para saber qué tan rápido podemos tener la rotación, cuánta energía podemos generar”, dijo La Saponara.
El compuesto de hongo y bambú reemplazará las palas de una turbina comercial de 1kW instalada cerca del STEEL Lab, parte del Western Cooling Efficiency Center, lejos del campus central. La Saponara también dijo que probarán la durabilidad de estas palas, asegurándose de que puedan soportar vientos de 85 mph.
El equipo estudia un prototipo de pala de aerogenerador. Fuente: Gregory Urquiaga/UC Davis
“Una vez que tengamos una prueba de concepto de 1 kilovatio, que es una cantidad razonable de energía, podemos comenzar a trabajar con empresas para comercializar este concepto en aplicaciones de energía distribuida”, dijo La Saponara.
Estos son los primeros días hacia el objetivo final de escalar las palas para uso global. De hecho, las aspas podrían ayudar en áreas afectadas por desastres naturales, donde se necesitan soluciones energéticas rápidamente y la energía eólica se puede combinar con paneles solares.
“Lo que estamos haciendo ahora ya no funciona”, dijo. “Estamos en un punto de inflexión ambiental y nuestra próxima generación pagará el precio final. En última instancia, no hay forma de que podamos hablar de ingeniería ambiental sin hablar de justicia ambiental”.