风能中的生物复合材料

　　世界对风能的日益依赖刺激了对风力涡轮机和为其提供动力的巨型叶片的需求。但由于轻木的短缺和飞涨的成本，满足这些市场需求一直困难重重。轻木是一种坚固、轻质的木材，夹在GFRP 之间以制造风力叶片。至少有一家叶片制造商一直在叶片尖端使用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚氯乙烯泡沫（PVC）泡沫，但它仍然需要轻木来为叶片的根部提供剪切模量。

　　在接下来的两年内，总部位于加拿大的INCA Renewtech 公司将提供一种替代方案——一种可持续的生物复合材料，可以在叶片的任何位置取代轻木。

　　据该公司称，这种由大麻纤维制成的 INCA BioBalsa ™具有与轻木相当的密度（每立方英尺10 磅），并且由于其随机放置的纤维，其抗压强度甚至比木材更好。INCA 表示，BioBalsa 比轻木和泡沫更具有成本竞争力和可持续性，并且与轻木不同，BioBalsa 可以同时提供防潮和防火性能。

　　可持续的大麻纤维解决方案

　　BioBalsa 的大麻来自加拿大大草原，那里的农民种植这种植物作为蛋白质来源已经有20 年了。INCA Renewtech 董事长兼首席执行官大卫• 索尔特曼（David Saltman）说：“大麻植物的高茎含有一些地球上最强的纤维，但未被充分利用，只是被用作马的垫料和土壤修复。我们意识到，如果我们能够加工和提炼大麻，制造出大约 99% 纯纤维的纺织级材料，就可以用这种材料构建自己的复合材料。我们可以利用这些废弃物，从低成本的原材料中获得更高的价值。”

　　INCA Renewtech 已经开发了大麻植物的每个部分的应用。BioBalsa 由短纤维制成，这是茎秆的木质部分，可作为取代玻璃纤维的增强材料。该公司正在为丰田公司的复合材料预浸料进行全面的生产线试验。它还在为 Genesis Products 试验一种名为BioPanels ™的胶合板替代品，该胶合板由大麻的长纤维制成。

　　可持续制造是该公司商业模式的关键，这一方法在BioBalsa 的制造中得到了证明。一份来自GreenStep Solutions 的生命周期评估发现，每立方米的BioBalsa 能够封存260 公斤的二氧化碳。

　　INCA Renewtech 的首席营销和销售官卡米尔• 索尔特曼（Camille Saltman）说：“不仅在生长期会有碳封存，如果将产品放入风力涡轮机的叶片中——它的寿命为20 年或更长—— 这意味着碳会继续被封存。”该公司还开发了能够对退役叶片进行解构和材料回收的技术。

　　与轻木的切割和铣削相比， BioBalsa 的生产减少了107% 的温室气体排放，并减少了93%的废物产生。它产生的碳排放量比PET 少164%，废物产生量比泡沫生产少99.56%，耗水量少93%。

　　设计和生产用于风电叶片的BioBalsa

　　固瑞特（Gurit）是一家与风能行业合作的先进复合材料供应商，被INCA Renewtech 具有可持续性的 BioBalsa 项目所吸引。

　　在过去的几个月里，INCA Renewtech 一直致力于按照固瑞特的规格设计BioBalsa。

　　“我们有能力制定产品以满足非常具体的市场需求。”首席技术官加里• 巴尔塞斯（Garry Balthes）解释说，“我们向固瑞特发送了一个与轻木非常相似的初始产品，他们对其进行了测试并提供了有关我们需要走向的数据。接下来，我们将专注于对配方进行调整，从而令 BioBalsa 的性能能够满足风力叶片任何部分的确切要求。”

　　Nauer 指出，BioBalsa 的特性，包括密度和材料的树脂吸收率，将决定它最适合风力叶片的哪些部分，并与其他材料竞争。由于BioBalsa 天然纤维的特性，材料中树脂的百分比相对较低。

　　“一般来说，树木和植物通常都有可以将它们结合在一起的天然木脂素，所以我们实际上可以捕获和利用木脂素作为粘合剂。”Balthes 说。

　　已经与INCA Renewtech 公司有过合作的IPCO AB 公司，将设计和制造 BioBalsa 的生产设备。

　　用于风力叶片的BioBalsa大规模生产将于2024年初在工厂开始。与此同时，INCA Renewtech和固瑞特将通过独立实验室测试原型BioBalsa叶片，以获得新生物复合材料的广泛市场认可。

　　Saltman 对未来持乐观态度，但也意识到障碍依然存在。“我们知道，不仅要在性能上、价格上有竞争力，还必须实现大规模生产。”他承认，要在不到两年的时间内完成所有这些任务，难度很大。如果他们的努力取得成功， BioBalsa 很快就会成为风能行业不可或缺的一部分。