Billigere und umweltfreundlichere Windräder durch Stahlflügel
Bis zu 90 % weniger Kosten und eine sehr weitgehende Recyclingfähigkeit versprechen sich Fraunhofer-Forscher von Rotoren aus Metall für Windkraftanlagen. Sie wollen die üblichen faserverstärkten Kunststoffe durch Stahl oder Leichtmetalle ersetzen.
Technologiedemonstrator: Das Rotorblatt aus 1,0 mm Stahlblech mit integrierter, gekanteter Verstärkung wurde mit einem Öl-Wasser-Gemisch in seine endgültige Form gebracht.
Foto: Fraunhofer IWU
Eigentlich gelten Faserverbundwerkstoffe als eine Art Wundermaterial. Leicht, extrem fest, haltbar und flexibel zu verarbeiten, werden sie immer häufiger in Autos, Flugzeugen und nicht zuletzt in Windkraftanlagen eingesetzt – überall da, wo Gewicht eine entscheidende Rolle spielt. Doch nun wollen Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) ausgerechnet bei den Windrädern eine Rolle rückwärts drehen: zurück zum guten alten Stahl.
Schnelle automatisierte Produktion möglich
Die heute laufenden Rotoren sind meist aus Kunststoffen gebaut, die mit Kohle- oder Glasfaser verstärkt sind. Das Problem daran ist, dass diese Materialien bislang kaum recycelbar sind. Stahl dagegen kann zu gut 90 % wiederverwendet werden. Die IWU-Experten haben deshalb einen kleinen Prototypen aus Stahl entwickelt, der zudem deutlich preiswerter in der Serienfertigung sein soll.
„Mit Metallrotorblättern wird Windkraft daher wirklich umweltfreundlich“, betont Marco Pröhl, Wissenschaftler am IWU. „Außerdem sinkt der Preis für die Rotorblätter in der Serienfertigung um bis zu 90 %, verglichen mit solchen aus faserverstärktem Kunststoff.“ Außerdem ließen sich die Stahlflügel präziser fertigen und noch dazu schneller, denn es gebe erprobte automatisierte Prozesse etwa aus der Autoindustrie.
In der Serienfertigung könne etwa alle 30 Sekunden ein fertiges Rotorblatt vom Band fallen, sagt Pröhl. Die Produktion der Kunststoffteile erfordere dagegen viel Handarbeit, von der Herstellung einer Form über die Injektion von Harz in die Fasermatten bis zum Zuschneiden der im Ofen ausgehärteten Rohteile.
Flügel wird quasi aufgeblasen
Für ihren Prototyp nutzen die IWU-Forscher indes ein gewöhnliches flaches Stahlblech, das zunächst grob geformt und dann mit einem Laser verschweißt wird. Anschließend kommt das Werkstück in eine Vorform und wird mit einem Wasser-Öl-Gemisch aufgefüllt, bevor es unter hohem Druck in seine endgültige Form gebracht wird. „Der Flügel wird quasi aufgeblasen. Da wir die Flügel von innen nach außen umformen, können wir alle Ungenauigkeiten aus vorherigen Schritten ausgleichen“, erklärt Pröhl.
Für größere Anlagen ist Stahl ungeeignet
Die Entwicklung klingt vielversprechend. Den Forschern aber ist klar, dass Stahl wegen seines deutlich höheren Gewichts nur für sehr kleine Windkraftanlagen in Frage kommt. Bei größeren Windrädern wollen sie in Zukunft Leichtmetalle einsetzen. Offen ist dann, wie viel von den Kostenvorteilen der Stahlvariante dann noch übrigbleibt.
Bislang haben die IWU-Wissenschaftler einen Flügel mit 15 Zentimetern Breite und 30 Zentimetern Länge hergestellt. Später wollen sie einen kompletten Rotor mit 2,8 Metern Flügellänge bauen, der auf einem Testfeld für kleine Windkraftanlagen an der belgischen Küste den Praxistest durchlaufen soll.
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