Bio-ventylator bioniczny od Ziehl-Abegg: lepszy pod każdym względem

Prezes zarządu Peter Fenkl prezentuje nowy bioniczny bio-wentylator, z którym Ziehl-Abegg wyznacza trendy w zastosowaniu bio-polimerów. (Zdjęcie: Ziehl-Abegg / Achim Köpf)

Bio-Ventilator - Z przodu

Bio-Ventilator - Wycięcie

Tabela 1

• Znaczące oszczędności CO2 w produkcji
• Mniejszy poziom hałasu
• Zmniejszone zużycie energii elektrycznej podczas eksploatacji
• Lepsza wytrzymałość, odporność na temperaturę, trwałość długoterminowa i właściwości mechaniczne

„Dzięki tym wentylatorom możemy co roku zaoszczędzić środowisku tysiące ton CO2” – mówi prezes zarządu Peter Fenkl. Jego firma Ziehl-Abegg prezentuje teraz bioinspirowany wentylator biologiczny. Nowy wentylator wykonany jest z bio-polimerów opartych na oleju rycynowym. Oprócz oszczędności CO2, występują ulepszenia w zakresie wytrzymałości, odporności na temperaturę i długoterminowej trwałości oraz właściwości mechanicznych. Ze względu na wprowadzenie do geometrii łopatki rozwiązań zaczerpniętych z bioniki, wentylator jest również cichszy i bardziej wydajny – co oznacza mniejsze koszty energii i emisję hałasu podczas pracy.

Nowa konstrukcja jest wykorzystywana na przykład w technice chłodniczej (łańcuch chłodzenia dla żywności aż do supermarketu), w ogrzewaniu, pompach ciepła oraz do chłodzenia elektroniki (centra danych, chłodzenie szaf sterowniczych, chłodzenie inwerterów). Do zrównoważonego podejścia pasuje fakt, że wentylator jest w 100 procentach recyklingowalny. Pomimo znacznego zmniejszenia śladu węglowego, istnieją korzyści dla projektantów urządzeń: wentylator ma wyższą odporność chemiczną, lepszą odporność na uderzenia chłodem oraz jest odporny na gorącą wodę i parę.

20 lat temu „uczciwa” kawa była tylko dla ekscentryków, dziś coraz więcej ludzi zwraca uwagę na przekazy reklamowe, ścieżki transportu i procesy produkcji. Dlatego bioinspirowany wentylator biologiczny może mieć charakter wzorcowy – choć obecnie jego cena jest wyższa niż dla produktów na bazie ropy naftowej. Ponieważ dane techniczne urządzenia i jego wymiary są identyczne z konwencjonalnymi wentylatorami, nie ma przeszkód technicznych – jednak konieczne jest zwiększenie świadomości rynku na temat tego produktu i jego pozytywnych cech ekologicznych.

Pod względem technicznym, bioinspirowany wentylator biologiczny oprócz korzyści dla środowiska ma kilka innych zalet: na przykład w porównaniu do produktów na bazie ropy, bardzo niskie chłonięcie wody, znacznie dłuższą żywotność oraz lepszą odporność chemiczną. „Ziehl-Abegg jako trendsetter w rozwoju wentylatorów jest również pionierem w stosowaniu bio-polimerów” – mówi prezes Fenkl.

1. Bionika (niski poziom hałasu i niskie zużycie energii)

Inżynierowie z Ziehl-Abegg analizowali wiele zwierząt, których ciała są zoptymalizowane pod kątem przemieszczania wody lub powietrza. Ostatecznie trafili na najcichszego drapieżnika – sowę.

Dlaczego sowa jest tak cicha? Sowy polują nocą, gdy widoczność jest bardzo ograniczona. Dlatego lokalizują ofiary słuchem. I to działa tylko wtedy, gdy ptaki latają ekstremalnie cicho. Jak to osiągają? Na przykład, pelikan śnieżny waży prawie tyle co gołąb. Skrzydła są jednak znacznie większe i silniej wygięte. To zapewnia ptakowi znacznie więcej unoszenia przy niższych prędkościach. Gołębie muszą mocno machać skrzydłami, co sprawia, że są słyszalne z daleka. Dodatkowo na końcach skrzydeł sów znajdują się frędzle. Dzięki nim przepływ powietrza nad i pod skrzydłem łagodniej – i tym samym ciszej – dociera do tylnej krawędzi skrzydła. Dlatego tylna krawędź łopatki wentylatora jest ząbkowana.

Nie tylko w przypadku sowy, ale także innych ptaków, takich jak drapieżne ptaki drapieżne, orły i storny, dokładnie przyjrzeli się projektanci: pojedyncze pióra mają specjalne wycięcia, które powodują odrywanie się małych wirów na końcach piór, zmniejszając opór skrzydła. Widać to również na samolotach, których skrzydła od niedawna mają małe zagięcia na końcach (winglet) – w przypadku Ziehl-Abegg łopatki wentylatorów od lat wyposażone są w zagięcie na krawędzi.

Połączenie kilku cech bioinspirowanych w jednym wentylatorze obniża także zużycie energii podczas pracy.

2. Biopolimer w wentylatorze (ograniczenie emisji CO2 podczas produkcji)

Surowce odnawialne przyczyniają się do ograniczenia emisji CO2 poprzez zastępowanie surowców kopalnych. Łopatka wentylatora składa się w ponad 60% z biopolimeru Sebazinsäure, który jest pozyskiwany z oleju rośliny rącznika.

Olej rycynowy, naukowo zwany olejem Ricinus (CAS nr 08001-79-4), jest olejem roślinnym pozyskiwanym z nasion tropikalnego drzewa olejowego (Ricinus communis), należącego do rodziny wilczomleczowatych. Jest triglicerydem i w farmacji nazywany jest Oleum Ricini, Oleum Ricini s. Castoris, Oleum Ricini virginale oraz olejem rącznikowym (w angielskim: castor oil, ale także ricinus oil lub oil of Palma Christi).

W umiarkowanych strefach klimatycznych roślina rośnie jako jednoroczna roślina zielna, w tropikach jako wieloletnia. Roślina rośnie szybko i w warunkach optymalnych osiąga wysokość do pięciu metrów w ciągu trzech do czterech miesięcy. W klimacie tropikalnym po kilku latach osiąga wysokość do 13 metrów i tworzy zdrewniały pień. W klimacie sezonowym roślina każdego roku obumiera nadziemnie, a przy odpowiednim nasłonecznieniu odrasta.

Drzewo rącznikowe rośnie również w klimacie półsuchym (łac. aridus = suchy, suchy), więc może wytrzymać suszę. Największym producentem oleju rycynowego jest Indie, które rocznie dostarczają około 750 000 ton, co stanowi około 60 procent światowej produkcji. Kolejne ważne kraje to Chiny i Brazylia.

Olej rycynowy pozyskuje się z upraw na ubogich glebach, dzięki czemu nie konkuruje on z produkcją żywności. Drzewo rącznikowe i olej rycynowy nie są produktami spożywczymi.

Przetwarzanie biopolimeru jest możliwe na standardowych maszynach i przy dostosowanych parametrach procesu, podobnie jak w przypadku tradycyjnych tworzyw sztucznych.

Ponieważ drzewo rącznikowe podczas wzrostu pochłania CO2, emisja CO2 w porównaniu do tworzyw sztucznych na bazie ropy naftowej zmniejsza się o dwie trzecie. To wyraźne oszczędności CO2. Prezes Fenkl stwierdza: „Dzięki zastosowaniu surowców roślinnych, które w fazie wzrostu już wyeliminowały CO2, bilans węglowy tego materiału jest znacznie korzystniejszy niż w przypadku polimerów opartych na surowcach kopalnych.” Nawet jeśli weźmie się pod uwagę cały łuk wentylatora (w tym udział włókna szklanego 30%), oszczędności CO2 wynoszą nadal 40%.

Ze względu na to, że surowiec odnawialny dostarcza ponad 60 procent materiału, materiał ten spełnia powszechnie przyjętą definicję bioplastiku.

Tak zwane biopolimery należą do głównych inicjatyw rynkowych Komisji Europejskiej, jeśli spełnione są następujące warunki: zapewniona jest wystarczająca produkcja przemysłowa oraz nie powstaje konkurencja z żywnością. Oba te warunki są spełnione w przypadku biopolimerów opartych na oleju rycynowym.

3. Bio-materiały zmniejszają masę wentylatora

Bio-wentylator jest o 6 procent lżejszy w porównaniu do produktu z PA6 GF30 (oparty na surowcach kopalnych). Wynika to zarówno z 5-procentowej oszczędności gęstości, jak i z 1-procentowego obniżenia chłonięcia wilgoci (PA 6 GF 30: gęstość 1,36 i chłonięcie wilgoci 2,1-2,3%, natomiast bio-materiał z GF30: gęstość 1,31 i chłonięcie wilgoci 1,2%).

4. Bio-materiały mają liczne pozytywne właściwości

Nowy materiał przynosi klientom liczne korzyści, co rozszerza możliwości zastosowania tego wentylatora.

• Wyższa odporność chemiczna (odporność na pękanie pod wpływem agresywnych chemikaliów)
• Odporność na gorącą wodę i parę (wysoka odporność na hydrolizę)
• Zmniejszone chłonięcie wilgoci o 50%
• Większa stabilność wymiarowa
• Lepsza odporność na uderzenia chłodem
• Dobre właściwości ścierne i odporność na zużycie

5. Drewno nie jest odpowiednie jako substytut materiałów kopalnych

Użycie drewna jako substytutu nie jest opcją dla Ziehl-Abegg, ponieważ bezpośrednio wpływa to na właścicieli domów i mieszkań korzystających z ogrzewania drewnem lub pelletem (patrz tabela 1).

Inicjatywa głównych rynków UE

W 2007 roku Komisja Europejska uruchomiła inicjatywę głównych rynków (LMI), wybierając produkty biobazowe jako jeden z sześciu głównych rynków. Celem LMI jest poprzez działania ukierunkowane na popyt znacznie zwiększyć potencjał produktów biobazowych i poprawić ich konkurencyjność.

Brak opłacalności: Według ankietowanych ekspertów, główną przeszkodą nadal są wyższe koszty biobazowych produktów w porównaniu do alternatyw, co sprawia, że rozwój biotechnologicznych metod produkcji jest często nieopłacalny.

Tło:
Produkty biobazowe mają duży potencjał w zakresie zmniejszania obciążeń środowiskowych związanych z produkcją, poprawy zdrowia, jako zrównoważona alternatywa dla surowców kopalnych oraz w celu zabezpieczenia międzynarodowej konkurencyjności niemieckiego i europejskiego przemysłu poprzez przewagę technologiczną. Jednak obecnie potencjał ten nie jest w pełni wykorzystywany. Przyczyniają się do tego różne bariery, np. częściowa brak konkurencyjności kosztowej, niska akceptacja w przemyśle przetwórczym, dominacja „time to market”, regulacje ograniczające, względne faworyzowanie energetycznego wykorzystania biomasy nad jej materiałowym zastosowaniem. Wysoka heterogeniczność produktów i szeroki zakres zastosowań (np. biochemikalia, smary i tworzywa sztuczne do opakowań, ale także w budownictwie czy przemyśle motoryzacyjnym) utrudniają precyzyjne wsparcie.

Strategia wysokich technologii rządu federalnego (2006)

Strategia wysokich technologii rządu federalnego ma na celu doprowadzenie Niemiec do czołówki najważniejszych rynków przyszłości. Roślina jako dostawca surowców jest jednym z 17 obszarów przyszłości, w których zdefiniowano działania innowacyjne. W ramach tych działań Niemcy dążą do osiągnięcia do 2015 roku europejskiej czołowej pozycji w biotechnologii roślin i hodowli roślin oraz znacznego rozszerzenia wykorzystania odnawialnych i odnawialnych surowców w przemyśle chemicznym.