Globalna transformacja w kierunku gospodarki niskoemisyjnej sprawia, że sektor nowych źródeł energii pełni coraz ważniejszą rolę w zrównoważonym rozwoju. Od paneli fotowoltaicznych montowanych na dachach, poprzez morskie farmy wiatrowe, zielony wodór i pojazdy elektryczne, po zaawansowane systemy magazynowania energii, tworzywa sztuczne i kauczuki stają się materiałowym fundamentem tych technologii. Są one integrowane na wszystkich etapach łańcucha wartości, od badań i rozwoju, przez wytwarzanie komponentów, aż po zastosowania końcowe, gdzie odpowiadają za funkcje barierowe, izolacyjne, konstrukcyjne i uszczelniające.
Zgodnie z rankingiem przychodów 500 największych światowych firm z sektora nowych źródeł energii za 2025 r., opublikowanym przez China Institute of Energy Economics, łączne przychody tych przedsiębiorstw osiągnęły poziom 9,55 bln RMB, co oznacza niewielki wzrost wobec 9,54 bln RMB rok wcześniej. Jednocześnie liczba chińskich firm w zestawieniu wzrosła z 255 do 263, co stanowi 52,6 proc. wszystkich podmiotów. Wskazuje to na rosnącą konkurencyjność przedsiębiorstw z Chin na globalnym rynku nowych źródeł energii oraz na skalę inwestycji, dla których kluczowe są odpowiednio dobrane materiały polimerowe.
Fotowoltaika: lekkość i odporność na warunki atmosferyczne
Przemysł fotowoltaiczny przechodzi obecnie głęboką zmianę strukturalną związaną z nadpodażą mocy produkcyjnych, co przyspiesza proces konsolidacji rynku. Pomimo tych wyzwań długoterminowy popyt pozostaje stabilny, a kierunki rozwoju wyznaczają innowacje technologiczne i redukcja kosztów. Równolegle rozszerza się zakres aplikacji fotowoltaiki, co dodatkowo zwiększa wymagania wobec materiałów używanych do enkapsulacji, konstrukcji modułów oraz osprzętu.
Przez długi czas rynek folii enkapsulacyjnych był zdominowany przez pierwszą generację folii na bazie kopolimeru EVA, których przewagą były utrwalone procesy wytwórcze i relatywnie niskie koszty. Ograniczona odporność na warunki atmosferyczne, a także podatność na potencjalnie indukowaną degradację (PID), skłoniły jednak branżę do poszukiwania alternatywnych rozwiązań. Folie z poliolefinowych elastomerów (POE), charakteryzujące się wysoką barierowością względem wilgoci oraz dużą rezystywnością objętościową, stają się preferowanym wyborem dla wysoko sprawnych technologii, takich jak moduły bifacjalne czy ogniwa typu N, gdzie kluczowa jest długotrwała stabilność parametrów pracy.
Coraz większym zainteresowaniem cieszą się również folie koekstrudowane POE/EVA, które łączą zalety obu materiałów. Tego typu struktury umożliwiają wyważenie relacji pomiędzy parametrami użytkowymi a kosztami materiałowymi i procesowymi, co sprzyja ich upowszechnieniu w produkcji modułów fotowoltaicznych na dużą skalę.
W ofercie Sabic znajdują się folie Fortify PV POE o wysokiej rezystywności objętościowej, zaprojektowane z myślą o długotrwałej ochronie modułów fotowoltaicznych przed degradacją elektryczną i wilgocią. Uzupełnieniem jest materiał Sabic PP 95MK40T przeznaczony na warstwę tylną (backsheet), który selektywnie blokuje przenikanie wilgoci, tlenu i kwasu octowego, ograniczając tym samym ryzyko korozji i przyspieszonego starzenia elementów modułu.
Wanhua Chemical opracowała szereg rozwiązań mających na celu zwiększenie efektywności systemów nowych źródeł energii, wśród których kluczową rolę odgrywają poliolefinowe elastomery. Folie enkapsulacyjne wytwarzane z Wansuper POE cechują się wysoką barierowością względem pary wodnej, bardzo dobrą odpornością na warunki atmosferyczne, wysoką przezroczystością oraz podwyższoną odpornością na zjawisko PID. W praktyce przekłada się to na poprawę sprawności generacji energii oraz większą niezawodność modułów w długim okresie eksploatacji.
Istotną rolę w konstrukcji elementów fotowoltaicznych odgrywają również kompozyty poliuretanowe. Materiał Baydur firmy Covestro, stosowany w elementach konstrukcyjnych, zapewnia wysoką wytrzymałość mechaniczną, odporność korozyjną oraz dobre właściwości izolacyjne. Dzięki tym cechom możliwe jest wydłużenie trwałości użytkowej komponentów, zmniejszenie zależności producentów modułów od zmiennych cen aluminium oraz ograniczenie śladu węglowego. W przypadku Baydur ślad ten jest deklarowany jako o 85 proc. niższy w porównaniu z konwencjonalnymi rozwiązaniami aluminiowymi.
Folie enkapsulacyjne z Wansuper POE poprawiają sprawność wytwarzania energii oraz niezawodność modułów fotowoltaicznych. (Fot. Wanhua Chemical)
Energetyka wiatrowa: wzrost skali wymusza rozwój materiałów i procesów
Z danych japońskiej firmy analitycznej Global Information (GII) wynika, że wartość globalnego rynku turbin wiatrowych wzrośnie z 121,19 mld USD w 2025 r. do 157,79 mld USD w 2030 r., co odpowiada skumulowanemu rocznemu wskaźnikowi wzrostu na poziomie 5,42 proc. W parze z rozwojem mocy zainstalowanych idzie szybki postęp technologiczny w obszarze łopat, gondoli, układów sterowania i systemów przyłączeniowych.
Łopaty turbin wiatrowych są kluczowymi komponentami odpowiedzialnymi za przetwarzanie energii kinetycznej wiatru na energię mechaniczną. Ich geometria, masa i własności mechaniczne mają bezpośredni wpływ na sprawność wytwarzania energii oraz koszty eksploatacji turbin. W Chinach średnice wirników dla niektórych instalacji przekraczają już 210 m, co stawia przed konstruktorami i producentami bardzo wysokie wymagania w zakresie doboru materiałów kompozytowych, żywic i struktur hybrydowych.
Zwiększanie długości łopat ogranicza potencjał dalszej optymalizacji wyłącznie na poziomie projektu aerodynamicznego. Pojawiają się dodatkowe wyzwania związane z transportem elementów wielkogabarytowych, rośnie ryzyko uszkodzeń mechanicznych i mikropęknięć, wzrastają koszty montażu oraz złożoność procesów wytwórczych. W odpowiedzi na te ograniczenia firmy pracują nad rozwiązaniami takimi jak łopaty segmentowe, systemy wielowirnikowe oraz nowe koncepcje konstrukcyjne wykorzystujące lekkie kompozyty i zaawansowane systemy żywic.
Elementy wyposażenia elektrowni wiatrowych, w tym układy transformatorowe i elektryczne, wymagają także skutecznych rozwiązań w zakresie uszczelniania, izolacji i tłumienia drgań. Muszą one spełniać rygorystyczne kryteria odporności temperaturowej, korozyjnej i zmęczeniowej. Materiały DuPont Nomex stosowane są jako wysokotemperaturowe izolacje w generatorach i transformatorach, co ma na celu poprawę bezpieczeństwa pracy urządzeń, ich niezawodności oraz odporności na przeciążenia w zmiennych warunkach pracy.
Energia wodorowa: postęp materiałowy wspiera rozwój zielonego wodoru
W technologiach wytwarzania wodoru materiały z tworzyw sztucznych i gumy odgrywają istotną rolę w budowie kluczowych urządzeń, przede wszystkim ze względu na kombinację niewielkiej masy, odporności chemicznej oraz możliwości precyzyjnego formowania złożonych kształtów. W miarę jak elektrolizery z membraną do wymiany protonów (PEM) przechodzą na wyższe moce i ciśnienia pracy, rośnie znaczenie wysokosprawnych tworzyw konstrukcyjnych.
Tworzywa takie jak PEEK i PEKK, a także kompozyty zbrojone włóknami węglowymi, są coraz częściej wskazywane jako materiały dla kolejnej generacji ram i elementów konstrukcyjnych elektrolizerów. Umożliwiają one uzyskanie sztywności i wytrzymałości zbliżonych do metali przy jednoczesnym utrzymaniu niskiej masy komponentów, co przekłada się na lepszą efektywność całych systemów i uproszczenie procesu montażu.
Estoński producent Stargate Hydrogen wykorzystał specjalistyczne tworzywa Ultrason firmy BASF do wytwarzania ram w stosach alkalicznych elektrolizerów wodnych (AWE). Zastosowanie polisulfonu jako zamiennika niklu metalicznego pozwoliło znacząco obniżyć masę stosów, przy zachowaniu wysokiej odporności termicznej i chemicznej oraz wytrzymałości na ściskanie. Materiał ten zachowuje swoje właściwości nawet w silnie alkalicznym środowisku pracy, co sprzyja długiej żywotności i ograniczeniu potrzeb serwisowych.
Dzięki specjalistycznemu tworzywu Ultrason firmy BASF ramy w stosach AWE Stargate Hydrogen są lekkie, a jednocześnie wytrzymałe i trwałe. (Fot. Stargate Hydrogen/BASF)
W alkalicznych elektrolizerach kluczowym elementem są także uszczelki, które pełnią równocześnie funkcje uszczelniające i izolacyjne i bezpośrednio wpływają na bezpieczeństwo i niezawodność pracy systemu. W Chinach powszechnie stosuje się uszczelki z PTFE modyfikowanego wypełniaczami, takimi jak włókno szklane, tlenek glinu czy grafit. Do najważniejszych parametrów użytkowych należą ściśliwość, sprężystość oraz odporność na pełzanie i relaksację naprężeń.
Przedsiębiorstwo Zhejiang Conceptfe New Material Technology jest jednym z wiodących chińskich producentów uszczelek do aplikacji wodorowych. Opracowane przez firmę uszczelki na bazie PTFE modyfikowanego własnymi dodatkami wykazują lepszą odporność na zużycie ścierne, wyższą twardość oraz korzystniejsze własności samosmarne w porównaniu z wyrobami z czystego PTFE. Ma to znaczenie zwłaszcza w warunkach wysokiego ciśnienia i częstych cykli obciążeniowych.
Istotnym obszarem rozwoju są także zbiorniki do magazynowania wodoru typu IV, stanowiące jeden z głównych kierunków badań konstrukcyjnych. Charakteryzują się one zastosowaniem cienkościennego wkładu (linera) z termoplastu, zwykle HDPE lub poliamidu (PA), o grubości około 2–3 mm. Materiały te zapewniają dobrą szczelność gazową oraz odporność na kruchość wodorową, co jest kluczowe dla bezpieczeństwa układów magazynowania.
Linery wytwarzane z tworzyw Durethan i Akulon Fuel Lock PA6 firmy Envalior pozwalają zredukować masę w porównaniu z rozwiązaniami stalowymi nawet o 75 proc., przy jednoczesnej poprawie efektywności kosztowej. Zastosowanie jedno-warstwowego procesu rozdmuchu umożliwia integrację zaworu z wkładem wewnętrznym, co przekłada się na około 30 proc. oszczędności kosztów produkcji. Dodatkowo PA6 oferuje pięciokrotnie lepsze własności barierowe względem wodoru niż HDPE, co pozwala na projektowanie jeszcze cieńszych ścianek i podnoszenie gęstości magazynowania gazu.
Zaawansowane technologie przetwórcze dla komponentów nowych źródeł energii
Dynamiczny rozwój rynku nowych źródeł energii powoduje wzrost wymagań stawianych komponentom z tworzyw sztucznych i kauczuku. Oczekuje się wyższej precyzji wykonania, bardziej złożonej geometrii, długotrwałej stabilności parametrów oraz większej niezawodności w trudnych warunkach eksploatacji. Czynniki te napędzają ciągłe innowacje w obszarze maszyn i procesów przetwórczych, od wtrysku, przez powlekanie, po zaawansowane linie do orientacji folii.
Technologia formowania wtryskowego jest szczególnie dobrze dostosowana do produkcji wysokoprecyzyjnych elementów, takich jak obudowy silników, złącza elektryczne, izolacyjne pierścienie i przekładki, koła zębate czy elementy montażowe systemów wysokiego napięcia. Maszyny wtryskowe firmy Engel, wyposażone w inteligentne układy sterowania, umożliwiają stabilne prowadzenie procesu oraz precyzyjne dozowanie tworzywa, co jest istotne przy wielkoseryjnej produkcji komponentów do pojazdów elektrycznych i systemów zasilania.
Wtryskarki Allrounder firmy Arburg, zintegrowane z systemami zrobotyzowanymi, pozwalają na skrócenie cyklu formowania części takich jak złącza i złączki oraz na zwiększenie wydajności i powtarzalności produkcji. Automatyzacja operacji wyjmowania detalu, obróbki wtórnej i kontroli jakości ogranicza ryzyko błędów ludzkich i ułatwia spełnienie restrykcyjnych wymogów branży e-mobility oraz energetyki.
W obszarze powlekania precyzyjnego istotną rolę odgrywają rozwiązania firmy JCTimes, której wysokiej klasy głowice do powlekania znajdują zastosowanie m.in. w produkcji komponentów dla fotowoltaiki oraz energetyki wodorowej. Konstrukcja głowic uwzględnia reologiczne właściwości przetwarzanych materiałów oraz specyficzne warunki linii produkcyjnej. Zastosowanie zaawansowanych systemów symulacyjnych w fazie projektowania umożliwia pełną cyfrową kontrolę nad parametrami pracy i dostosowanie geometrii głowicy do wymagań konkretnej aplikacji.
Seria głowic do powlekania klejów topliwych JCTimes wykorzystuje symulację przepływu w celu zapewnienia równomierności i stabilności powłoki. (Fot. JCTimes)
W ramach współpracy nad rozwojem kolejnej generacji technologii magazynowania energii JCTimes opracowała głowice powlekające do produkcji elektrod stałoelektrolitowych akumulatorów litowych. Zoptymalizowany proces nanoszenia warstw ma na celu poprawę dokładności grubości i jednorodności powłoki, co przekłada się na lepszą kontrolę parametrów elektrochemicznych oraz obniżenie kosztów wytwarzania.
Na etapie przetwarzania folii funkcjonalnych istotne znaczenie mają linie do orientacji dwuosiowej. Wysokowydajne linie do folii BOPP, BOPET i BOPA firmy Brueckner charakteryzują się szerokością roboczą 10,4 m, prędkością przekraczającą 600 m/min i roczną zdolnością produkcyjną powyżej 60 000 t. Taka konfiguracja umożliwia redukcję jednostkowego zużycia energii, ograniczenie odpadów produkcyjnych, zmniejszenie zużycia surowców oraz obniżenie emisji dwutlenku węgla, przy jednoczesnym wykorzystaniu zaawansowanych systemów automatyki i cyfrowego sterowania procesem.
Perspektywy rozwoju materiałów polimerowych w sektorze nowych źródeł energii
Tworzywa sztuczne i kauczuki przechodzą drogę od materiałów pomocniczych do funkcji jednego z kluczowych filarów transformacji energetycznej. Ich rola polega nie tylko na zastępowaniu metali i innych tradycyjnych materiałów, lecz również na umożliwianiu nowych rozwiązań projektowych i procesowych, które nie byłyby możliwe bez wysokosprawnych polimerów i kompozytów.
W takich obszarach jak fotowoltaika, energetyka wiatrowa, technologie wodorowe czy magazynowanie energii polimery odpowiadają za redukcję kosztów systemowych, zwiększanie wydajności produkcji, poprawę niezawodności oraz ograniczanie emisji gazów cieplarnianych. W miarę jak sektor nowych źródeł energii będzie dążył do dalszego podnoszenia sprawności i obniżania emisyjności, znaczenie właściwości materiałowych oraz zaawansowanych technologii przetwórczych będzie jeszcze wyraźniej widoczne.
Szybki rozwój przemysłu nowych źródeł energii podnosi wymagania dotyczące efektywności produktów, stabilności eksploatacyjnej i kontroli kosztów. (Fot. Covestro)
