Obecnie aż 85-90 proc. elektrowni wiatrowej poddawana jest recyklingowi. Osiągnięcie 100-proc. możliwości ponownego wykorzystania jest jednym z kluczowych zagadnień, nad którym pracuje branża wiatrowa. Równolegle trwa testowanie kilku technologii przetwarzania najbardziej problematycznych części. 

 

Większość elementów turbiny wiatrowej tj. fundament, wieża, podzespoły przekładni i generatora jest przetwarzana i ponownie wykorzystywana.

Wagowo elementy możliwe do przetworzenia stanowią od 85 do 90 proc. wagi całej elektrowni wiatrowej.

Jednak łopaty wirnika stanowią szczególne wyzwanie. To dlatego, że są one zbudowane z materiałów kompozytowych, czyli posiadających różne właściwości (skład materiałowy może być inny dla poszczególnych typów i producentów łopat). Zaletą takich materiałów jest możliwość konstruowania z nich lżejszych i dłuższych łopaty, co zwiększa efektywność pozyskiwania energii z wiatru. Jednak złożony charakter kompozytów wymaga bardziej złożonych procesów recyklingu.

 

Należy dodać, że branża wiatrowa jest zaangażowana w zrównoważoną gospodarkę odpadami zgodnie z wielostopniowym podejściem przedstawionym przez Unię Europejską. W tym podejściu za na szczycie przyjętej hierarchii jest wydłużanie “życia turbiny” poprzez jej odpowiednie serwisowanie i konserwację podczas okresu eksploatacji. Same turbiny są też dziś produkowane na znacznie dłuższy czas niż kiedyś. Przeciętny okres eksploatacji takiej elektrowni sięga nawet 25-30 lat. Po zakończeniu okresu eksploatacji w pierwszej kolejności szuka się ścieżek zagospodarowania zużytych części do innych celów czy przez inne branże lub też szuka się sposobów przetworzenia i odzysku materiałów w nich zastosowanych (patrz grafika).

 

Hierarchia przetwarzania:

1. Zapobieganie, czyli zminimalizowanie liczby materiałów w konstrukcji i projektowanie pod kątem łatwiejszego demontażu i recyklingu.
2. Naprawa, czyli sprawdzanie, czyszczenie, naprawa, modernizacja całych elementów lub części zamiennych.
3. Zmiana przeznaczenia, czyli ponowne wykorzystanie istniejącej części do innych zastosowań, zwykle o niższej wartości niż oryginalne.
4. Recykling, czyli przetworzenie odpadów w nową substancję lub produkt.
5. Odzysk, obejmuje fermentację beztlenową, spalanie z odzyskiem energii, gazyfikację i pirolizę, pozwalające na produkcję energii i materiałów z odpadów.
6. Zagospodarowanie, czyli np. składowanie i spalanie bez odzysku energii

Jakie są możliwości przetwarzania łopat?

Dzisiaj główną technologią recyklingu opadów kompozytowych jest współprzetwarzanie cementu.

Jest to proces, w którym surowce do produkcji cementu są częściowo zastępowane włóknami szklanymi i wypełniaczami z kompozytu, a frakcja organiczna zastępuje węgiel jako paliwo. Dzięki temu procesowi emisje CO₂ z produkcji cementu mogą zostać znacząco ograniczone. Możliwa jest redukcja nawet o 16%, jeżeli kompozyty będą stanowić 75% surowców do produkcji cementu.

Poza recyklingiem poprzez współprzetwarzanie cementu opracowywane są alternatywne technologie ponownego wykorzystania kompozytów pochodzących z sektora energetyki wiatrowej, np. recykling mechaniczny, solwoliza i piroliza, które ostatecznie zapewnią branży dodatkowe rozwiązania w odniesieniu do wycofywania turbin z eksploatacji.

Na czym polegają testowane technologie:

Gazyfikacja (złoże fluidalne) – aktualny poziom gotowości technologicznej

Zalety:
• Wysoce elastyczny i prosty proces;
• Odzysk energii i potencjalnych surowców chemicznych;
• Wysoka sprawność wymiany ciepła.

Ograniczenia:
• Odzysk materiałów o niskiej jakości;
• Wykonalność ekonomiczna przy wielkości > 10 000 t/rok;
• Złoże fluidalne może ulec lokalnemu zapadnięciu.

Kwestie wymagające uwagi:
• Emisje związane z procesem.

Solwoliza

Zalety:
• Odzysk czystych włókien o pełnej długości;
• Odzysk żywic do ponownego wykorzystania.

Ograniczenia:
• Niska wydajność/sprawność;
• Wysokie zużycie energii ze względu na wysoką temperaturę i ciśnienie;
• Wymagane duże ilości rozpuszczalników.

Kwestie wymagające uwagi:
• Wpływ na zdrowie ludzi i ekotoksyczność z emisji gazów.

Wysokie napięcie/Rozdrabnianie impulsowe

Zalety:
• Możliwość zwiększenia skali w celu przetwarzania dużych ilości odpadów;
• Niskie nakłady inwestycyjne wymagane osiągnięcia następnego poziomu TRL.

Ograniczenia:
• Dostępne są tylko urządzenia na skalę laboratoryjną i pilotażową;
• Znacząco obniżony moduł włókien szklanych.

Kwestie wymagające uwagi:
• Technologia może nie być wystarczająca do recyklingu obecnej ilości łopat turbin wiatrowych.

Piroliza

Zalety:
• Gaz i olej popirolityczny mogą być wykorzystane jako źródło energii w tym samym procesie lub do produkcji chemikaliów;
• Łatwa możliwość zwiększenia skali;
• Piroliza mikrofalowa: łatwa kontrola. Mniejsze uszkodzenia włókien.

Ograniczenia:
• Produkt włóknisty może zawierać pozostałości po utlenianiu lub węgiel;
• Degradacja chemicznej struktury włókien;
• Obecnie nieopłacalna ekonomicznie.

Kwestie wymagające uwagi:
• Potencjalne wycieki gazów z komór przetwarzania odpadów.

Rozdrabnianie mechaniczne

Zalety:
• Wysoka sprawność i przepustowość.

Ograniczenia:
• Efektywność kosztowa;
• Niska jakość odzyskiwanego materiału. Wysoka zawartość innych materiałów;
• Nawet do 40% materiału odpadowego.

Kwestie wymagające uwagi:
• Wymaga dedykowanych instalacji z zamkniętymi i chronionymi obszarami w celu ograniczenia wpływu na środowisko.

Współprzetwarzanie

Zalety:
• Wysoko wydajna, szybka i skalowalna;
• Możliwość przetwarzania dużych ilości;
• Brak pozostałości w postaci popiołów.

Ograniczenia:
• Utrata początkowej formy materiału;
• Wymagana dodatkowa energia do osiągnięcia wysokich temperatur przetwarzania.

Kwestie wymagające uwagi:
• Emisje zanieczyszczeń i cząstek stałych.

Odpady kompozytowe – wcale nie najwięcej z wiatraków

W sektorze energetyki wiatrowej wykorzystywanych jest 2,5 mln ton materiałów kompozytowych na całym świecie. Jednak należy podkreślić, że branża wiatrowa wytwarza dużo mniej odpadów kompozytowych niż inne branże. Produkuje ona mniej odpadów kompozytowych niż sektor budownictwa, branża elektryczna i elektroniczna, transport i sektor morski (patrz grafika poniżej).

Jednocześnie turbina wiatrowa generuje czystą energię przez niemal cały okres jej użytkowania. Każda turbina wiatrowa potrzebuje średnio 6 miesięcy, by spłacić swój “dług węglowy” tj. zneutralizować swój wpływ na środowisko naturalne wynikający z procesu jej produkcji, transportu, użytkowania i likwidacji po okresie eksploatacji.

Dalszy rozwój i przemysłowe wykorzystanie alternatywnych technologii, np. solwolizy i pirolizy, da branży wiatrowej alternatywne rozwiązania dla wycofywanych z eksploatacji łopat turbin, i pozwoli branży na dostarczanie całkowicie bezodpadowych turbin.

Jednocześnie czołowi producenci turbin, w tym największy ich dostawca tj duński Vestas ogłosił na początku 2020 r. plany dotyczące produkcji turbin bezodpadowych, zgodnie z obowiązującym dziś nurtem “zero-waste”.

Duński deweloper chce w pierwszej kolejności zwiększyć możliwość recyklingu łopat wiatrowych z 44 proc. obecnie do 50 proc. do 2025 roku i 55 proc. do 2030 roku.

Czytaj więcej:

Vestas przyjmuje cel zero-waste.

Vestas deklaruje neutralność klimatyczną.

Vestas wykorzysta w tym celu nowe technologie recyklingu, takie jak recykling włókien szklanych i odzysk części z tworzyw sztucznych. Duńska firma wdroży również nowy proces utylizacji łopat, zapewniając swoim klientom wsparcie w zmniejszeniu ilości odpadów wysyłanych na składowiska.

 

Zdaniem branży wiatrowej takie ambicje są kluczowe, a kwestia wycofywania zużytych turbin z eksploatacji wymaga szybkich działań. Pierwsza generacja turbin wiatrowych zaczyna obecnie osiągać kres swojego okresu eksploatacji i będzie zastępowana nowoczesnymi turbinami.

W ciągu najbliższych pięciu lat w Europie zostanie wycofanych z użytku 14 tys. łopat turbin wiatrowych. Recykling tych starych łopat jest najwyższym priorytetem dla branży wiatrowej.

Sektor już rozpoczął współpracę z branżą chemiczną i materiałową, aby znaleźć skuteczne sposoby przeprowadzenia tego procesu. WindEurope, Cefic (Europejska Rada Branży Chemicznej) oraz EUCIA (Europejskie Stowarzyszenie Branży Kompozytów) stworzyły międzysektorową platformę na rzecz wprowadzenia nowoczesnego podejścia do recyklingu łopat turbin wiatrowych. Jeszcze w tym roku WindEurope będzie organizować drugą edycję Konferencji EOLIS poświęconej problemom i strategiom związanym z wycofywaniem turbin z eksploatacji.

Chcesz dowiedzieć się więcej na temat recyklingu łopat? W zeszłym roku platforma ETIP Wind opublikowała dokument pt. How Wind Is Going Circular (Jak  wiatrowa zmierza w kierunku obiegu zamkniętego), zawierający informacje o recyklingu materiałów kompozytowych w energetyce wiatrowej.

artykuł powstał na podstawie materiałów WindEurope.