OptiFoam: Potentialuntersuchung faserverstärkter Schäume zum Einsatz in der Windenergie

Auf einen Blick

• Rotorblätter von Windenergieanlagen müssen starke Belastungen aushalten und gleichzeitig möglichst leicht sein.
• Balsaholz aus Lateinamerika verfügt über diese Eigenschaften, bringt allerdings Nachteile wie hohe Kosten, lange Transportwege, schwankende mechanische Eigenschaften und kritische Ressourceneffizienz mit sich.
• Im Verbundprojekt OptiFoam untersuchen die Forschenden das Potenzial faserverstärkter Schäume mit dem Ziel, einen speziell angepassten Werkstoff für Rotorblätter zu entwickeln und Balsaholz zu ersetzen. 
• In einem Teilprojekt entwickelt und adaptiert das projektkoordinierende Fraunhofer IWES Methoden zur Bewertung eines möglichen Einsatzes. 

Herausforderung

Rotorblätter von Windenergieanlagen müssen zwei widersprüchlich wirkende Eigenschaften erfüllen: Sie sollen möglichst leicht sein, um das Gewicht des Rotorsterns gering zu halten. Gleichzeitig müssen sie sehr stabil sein, um den enormen Kräften standzuhalten, die durch den Wind auf sie wirken. Bislang kommen als Werkstoffe der in Sandwichbauweise konstruierten Blätter hauptsächlich Balsaholz und Kunststoff-Hartschäume wie PVC und PET als Kernmaterialien zur Anwendung. Balsaholz wird dabei aufgrund seiner hohen Druckfestigkeit vor allem in den stärker belasteten Bereichen nahe der Wurzel verwendet.

Doch der natürliche Werkstoff bringt Nachteile mit sich: Das Rohmaterial ist knapp, so dass die Kosten sehr stark gestiegen sind und die zuverlässige Versorgung zunehmend schwieriger wird. Zudem bestehen durch den Anbau in Lateinamerika und den weiten Transport zu den Blattfertigungen in Europa Defizite in der Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz. Gleichzeitig sind die mechanischen Eigenschaften eines Naturwerkstoffs starken Schwankungen unterworfen.

Lösung

Hier setzt das Verbundprojekt OptiFoam an. Ziel ist die Entwicklung einer Alternative zur Verwendung von Balsaholz. Die Wissenschaftler*innen untersuchen die Einsatzmöglichkeiten heterogen aufgebauter Kernwerkstoffe (Engineered Foams) als neuen Werkstoff für die Konstruktion von Rotorblättern. Hierbei werden mechanische Eigenschaften von Schaumwerkstoffen erhöht, indem sie mit Streben aus Glasfaserverbundkunststoff (GFK) gezielt verstärkt werden. Neben konventionell im Rotorblatt verwendeten Materialien betrachten die Forschenden auch neuartige Materialkombinationen. Den Aspekt der Nachhaltigkeit berücksichtigen die Wissenschaftler*innen, indem sie Basis- und Verstärkungsmaterial kompatibel zueinander auswählen, was eine enorme Erleichterung für eine wertstoffliche Rückgewinnung bedeutet.

Mehrwert  

In einem Teilprojekt entwickelt und adaptiert das projektkoordinierende Fraunhofer IWES Methoden zur Bewertung eines möglichen Einsatzes von faserverstärkten Schäumen in Rotorblättern und stellt somit den nötigen Rahmen für die Untersuchungen zur Verfügung.