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3D打印塑料廢料造出風力發(fā)電機

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導讀：近年來，為了給電力生產提供一個更可持續(xù)的替代方案，風力發(fā)電已經(jīng)在世界各地得到發(fā)展。以美國為例，風能的年總發(fā)電量從2000年的60億千瓦時增加到2021年的約3800億千瓦時。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)?？偘l(fā)電量的9.2%。未來仍有許多挑戰(zhàn)需要克服，但進展值得肯定。在這些挑戰(zhàn)中，一些客戶認為不能無條件地建造風力渦輪機，同時也要考慮所生產的葉片的可回收性。

據(jù)悉，比利時的From Waste to Wind協(xié)會就是為了應對這些挑戰(zhàn)而成立的。該公司使用增材制造技術，主要是熔融沉積模型（FDM），用回收的塑料來設計風力渦輪機。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力渦輪機對環(huán)境的影響研究，并獲得了寶貴的經(jīng)驗?，F(xiàn)在，他通過自己的公司開始向公眾推廣一個開源的3D打印風力發(fā)電機，這是一種更為環(huán)保的能源利用模式。From Waste to Wind已經(jīng)獲得了一個國際獎項和比利時安特衛(wèi)普氣候基金的額外支持。

△BramPeirs拿著3D打印的風力渦輪機葉片

From Waste to Wind的建立背景

在佛蘭德政府工作時，Bram注意到風力渦輪機的推廣仍有很多阻力。盡管已經(jīng)有相當嚴格的規(guī)則來限制風輪機對環(huán)境的影響，但人們并不了解這些規(guī)則。他們擔心風輪機會造成噪音污染并阻擋他們的視線，所以他們不希望風輪機出現(xiàn)在他們的花園里。為了讓人們以不同的眼光看待風力發(fā)電，Bram開始嘗試用舊桶做風輪，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，這是一個用回收材料制造各種東西的公益團體，他們還在比利時經(jīng)營Loods 21和Bar Paniek。TimeCircus最初自制的風力渦輪機葉片是由PVC下水道管制成的，它的抗紫外線能力不強，并且葉片也已經(jīng)破損，導致了發(fā)電故障。最終，Bram花了200歐元買了一臺打印機，采用3D打印修復了葉片。

△照片來源：From Waste to Wind

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

為了打破可再生能源的障礙，特別是小規(guī)模的風能，使能源生產更接近人們，Bram創(chuàng)建了From Waste to Wind協(xié)會。該公司目前的商業(yè)模式主要是做研究和提高意識，他們用獎金和補貼來做這件事。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是一個莫大的鼓舞。

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

3D打印的可持續(xù)性

風力發(fā)電機的也葉片回收一直是個大問題，當它們在20年后達到使用壽命時，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的刀片。Bram特意選擇不添加纖維的增強塑料進行打印。因為以現(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生的，然后就是材料的來源不明確。例如，PLA生物材料可能會在某個地方生產，然后被運到另一個工業(yè)設施，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?shù)匾呀?jīng)有了，而且它還具有比PLA更好的機械性能。

△照片來源：From Waste to Wind

From Waste to Wind未來的項目

From Waste to Wind計劃制造出更大的風力渦輪機，長度達4米，這將產生一個普通家庭所需的50%的能量，與光伏發(fā)電進行互補。他們還計劃把所有的風輪機連接到電腦上，這樣消費者就可以隨時看到他的風輪機產生多少能量，也可以看到安全參數(shù)，如振動。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。