Erfolg bei der Verbesserung des Gewichts von Geräten zur Erzeugung von Mikro-Wasserkraft und erhebliche Verkürzung der für die Herstellung der Geräte erforderlichen Zeit.
Anfang dieses Jahres gab der Präsident und CEO von Ricoh Company Limited (RCL), Akira Oyama, bekannt, dass Ricoh eine innovative und aufschlussreiche Studie über die Erzeugung von Mikro-Wasserkraft in Kläranlagen durchgeführt hat.
Darüber hinaus berichtete Oyama, dass 3D-Drucker im Rahmen der angewandten Forschung zur Kanalisation unter der Leitung des japanischen Ministeriums für Land, Infrastruktur, Verkehr und Tourismus (MLIT) eingesetzt wurden.
WEeeT-CAM, ein internes Start-up-Unternehmen, das im Rahmen von Ricohs Unternehmensgründungsinitiative ‘TRIBUS’ gegründet wurde, nahm an der Studie teil, um die Entwicklung von 3D-gedruckten Wasserkraftgeneratoren zu untersuchen.
In der Studie wurde die Verwendbarkeit in Kläranlagen durch die Zusammenarbeit von Industrie und Wissenschaft mit Seabell Incorporated und dem Masashi YAMABE – Masahiro SETO Labor am Department of Mechanical Engineering, Kanazawa Institute of Technology, überprüft.
In der Studie wurden mehrere kW Strom mit Geräten erzeugt, deren Schaufeln 25 % und deren Hauptkörper 15 % leichter sind als herkömmliche Wasserkraftwerke aus Metall.
Ricoh 3D war stolz darauf, die Startphase des Projekts im Jahr 2020 zu unterstützen. Das Team war für die Erstellung von drei Bestellungen von 3D-gedruckten Teilen aus PA12 und Polypropylen verantwortlich, die von der F&E-Abteilung von RCL im Rahmen von Prototyping- und Entwicklungsaktivitäten verwendet wurden.
Nach anfänglicher Unterstützung durch RPL nutzte Ricoh Company Limited die 3D-Druckertechnologie, um einen mikro-hydro-elektrischen Generator mit 3D-gedruckten Schaufeln aus aus Biomasse gewonnenen Materialien herzustellen. Im Vergleich zu einer Wasserturbine aus gängigen 3D-Drucker-Materialien war die Turbine mehr als doppelt so stark wie eine Metallturbine. Es wurde festgestellt, dass die Festigkeit auch nach einem langen Aufenthalt unter Wasser erhalten blieb und für die Stromerzeugung aus Wasserkraft in großem Maßstab genutzt werden könnte.
Die Studie verkürzte auch die Produktionszeit erheblich von etwa einem Monat auf drei Tage. Das Wasserrad wurde aus Harz hergestellt, um die Haltbarkeit unter Wasser zu verbessern.
Es wird erwartet, dass der von diesen Geräten erzeugte Strom in Zukunft als Notstromversorgung in den Katastrophenschutzzentren von Kläranlagen, in Batteriesystemen, die Strom für die Mobilität liefern, und in automatischen Inspektionsrobotern mit Raupenantrieb verwendet wird.
Neben der Installation von Mikro-Wasserkraftgeneratoren in Kläranlagen in Japan wird Ricoh weiterhin die Möglichkeit der Einführung dieser Technologie in Europa, den Vereinigten Staaten und in Schwellenländern prüfen – wobei Ricoh 3D weiterhin Unterstützung leistet.
Oyama kommentierte: “Ricoh wird weiterhin soziale Probleme durch seine Geschäftsaktivitäten lösen und Werte schaffen, die für die Gesellschaft nützlich sind.”
Hintergrund
Müll, Sand und Schmutz können sich während des Klärungsprozesses absetzen. Das Abwasser wird dann in einen Tank gepumpt, um die Verunreinigungen mithilfe von Mikroorganismen abzubauen. Um diese Mikroorganismen aktiv zu halten, muss dem Wasser ständig Sauerstoff zugeführt werden. Dies verbraucht etwa 75 kWh*, eine beträchtliche Menge an elektrischer Energie, die jährlich etwa 110 Milliarden Yen an Stromkosten entspricht. Es besteht also die dringende Notwendigkeit, den Stromverbrauch zu reduzieren, um Energie zu sparen und die Kosten zu senken.
Einige Kläranlagen nutzen derzeit Mikro-Wasserkraftgeneratoren, aber die konventionelle Ausrüstung hat folgende Probleme: (1) geringer Turbinenwirkungsgrad und niedrige Leistung, (2) hohe Anschaffungs- und Installationskosten für Wasserkraftanlagen, (3) erhebliche Belastung des Personals vor Ort durch die Ausrüstung und (4) der Einsatz der derzeitigen Mikro-Wasserkraftanlagen in Umgebungen, die Rostbildung begünstigen, ist schwierig.
Als Reaktion auf diese Probleme beschäftigt sich MLIT derzeit mit Technologiedemonstrationen und angewandter Forschung, um grüne Innovationen in Abwassersystemen zu realisieren. Im März 2022 wurde eine Studie im Bereich der angewandten Forschung für Abwassersysteme auf der Grundlage eines Vorschlags von Ricoh gestartet.
* Quelle: Subcommittee Report on Studies for Contributing to a Decarbonized Society, Sewage Policy Research Committee, veröffentlicht von Japans MLIT.
Details der Studie
Die Form der Wasserturbine wurde in Zusammenarbeit mit Seabell Incorporated, einem auf Mikro-Wasserkraftgeneratoren mit geringer Fallhöhe spezialisierten Hersteller, und dem Kanazawa Institute of Technology entwickelt. Demonstrationsexperimente wurden in einer Kläranlage in der Präfektur Shizuoka, Japan, durchgeführt.
Der verwendete mikro-hydro-elektrische Stromgenerator besteht aus zwei Generatoren, die auf einer einzigen Einheit montiert sind und eine effiziente Stromerzeugung ermöglichen. Da es sich um ein offenes Gerät handelt, kann das Wasserrad direkt in die bestehende Wasserstraße gestellt werden, wodurch der Bau einer neuen Umgehungsstraße für die Stromerzeugung aus Wasserkraft überflüssig wird und die Baukosten gesenkt werden.
Die 3D-Druckertechnologie von Ricoh wurde verwendet, um einen mikro-hydro-elektrischen Generator mit 3D-gedruckten Schaufeln aus aus Biomasse gewonnenen* Materialien herzustellen. Im Vergleich zu einer Wasserturbine aus herkömmlichen 3D-Druckermaterialien ist die Turbine mehr als doppelt so stark** wie eine Metallturbine. Es wurde festgestellt, dass die Festigkeit auch nach einem langen Aufenthalt unter Wasser erhalten blieb und für die Stromerzeugung aus Wasserkraft in großem Maßstab genutzt werden könnte.
* Erneuerbare organische Ressourcen, die von lebenden Organismen stammen; umfasst keine fossilen Ressourcen.
** Eine maximale Biegebruchspannung von 133 N/mm² mit der von Ricoh entwickelten R3D New-Methode, verglichen mit 60 N/mm², die sich aus den Harzeigenschaften herkömmlicher Materialien ergibt.