Drugie życie wiatrowych skrzydeł. Wyścig z czasem i tonami odpadów [ANALIZA]

 Energetyka wiatrowa, kluczowy element transformacji energetycznej, mierzy się ze skutkiem ubocznym swojego sukcesu: rosnącą górą zużytych, trudnych do recyklingu łopat. W odpowiedzi na wyzwanie, branża przechodzi technologiczną rewolucję, rozwijając innowacyjne metody odzysku.

 Globalna ekspansja energetyki wiatrowej jest jednym z fundamentów transformacji w kierunku niskoemisyjnej przyszłości. W miarę jak pierwsza generacja turbin wiatrowych kończy swój 20-25 letni cykl życia, branża mierzy się z poważnym i coraz wyraźniejszym wyzwaniem dla zrównoważonego rozwoju, jaki stanowi utylizacją milionów ton łopat z włókna szklanego, które nie nadają się do ponownego przetworzenia.

 WindEurope przewiduje się, że do 2030 roku w Europie powstanie ponad 50 tys. ton odpadów pochodzących z wycofanych z eksploatacji łopat turbin wiatrowych, zaś zdemontowanych ma zostać około 14 tys. łopat, co przełoży się na od 40 do 60 tys. ton materiału.

Choć problem jest złożony, wieloaspektowe podejście, łączące innowacyjne technologie recyklingu, zaczyna torować drogę do zrównoważonego zagospodarowania odpadów, zaś zastosowania łopat turbin wiatrowych są coraz bardziej zaskakujące. Przykładów nie trzeba daleko szukać. Na terenie Politechniki Gdańskiej powstała wiata dla rowerów, której dach zrobiono ze zużytej łopaty turbiny wiatrowej.

Dlaczego łopata nie chce trafić do recyklingu?

Główna przeszkoda w recyklingu łopat turbin wiatrowych tkwi w ich budowie materiałowej. W przeciwieństwie do stalowych wież czy miedzi w gondoli, z których 85-90% można łatwo poddać recyklingowi, łopaty są zaawansowanymi strukturami kompozytowymi. Są one wykonane z włókien szklanych lub węglowych połączonych żywicą termoutwardzalną, zazwyczaj epoksydową. Taka kombinacja tworzy materiał, który jest lekki, niezwykle wytrzymały i trwały. Jednak wiązania chemiczne w tworzywach termoutwardzalnych są z założenia trwałe; po utwardzeniu nie można ich stopić i ponownie uformować, jak ma to miejsce w przypadku tworzyw termoplastycznych, takich jak butelki PET. Odporność materiału sprawia, że tradycyjne metody recyklingu są nieskuteczne. Składowanie na wysypiskach było dotychczas najczęstszą metodą utylizacji, ale stanowi jednokierunkowe rozwiązanie, które prowadzi do marnotrawstwa zasobów. Zwykłe spalanie w celu odzyskania energii jest również problematyczne, ponieważ duża zawartość włókna szklanego nie ulega spaleniu, a zamiast tego tworzy znaczną ilość popiołu, który wymaga zagospodarowania – stwierdza Technical University of Denmark. Stało się to bodźcem dla badań i rozwoju bardziej zaawansowanych ścieżek odzysku i recyklingu.

 Cement, ogień i chemia. Na ratunek zielonej energii

Reakcja na problem odpadów w postaci łopat obejmuje obecnie szeroki wachlarz rozwiązań, z których każde ma swoje zalety i ograniczenia. Współspalanie w piecach cementowych stało się opłacalnym komercyjnie rozwiązaniem. W procesie rozdrobnione łopaty są wykorzystywane jako paliwo alternatywne i surowiec w produkcji cementu. Organiczna żywica dostarcza energii, zastępując paliwa kopalne, podczas gdy nieorganiczne włókna szklane i wypełniacze zostają włączone w skład klinkieru cementowego. Metoda skutecznie zapobiega składowaniu na wysypiskach i zmniejsza ślad węglowy produkcji cementu. Okazuje się jednak, że rozdrobnione łopaty mogą posłużyć do czegoś więcej niż tylko odzysk energetyczny.

 Pionierskie rozwiązanie wdraża polska firma Slipform, która wykorzystuje zmielone komponenty łopat do wzmacniania betonu. Dzięki wsparciu sztucznej inteligencji, która projektuje optymalne mieszanki, włókna z recyklingu działają jak mikrozbrojenie, a pył powstały w procesie obróbki uszczelnia strukturę betonu. W efekcie, materiał staje się gęstszy, mniej nasiąkliwy. Dzięki temu jest on znacznie bardziej odporny na mróz i erozję, co wydłuża jego żywotność. Jest to przykład innowacyjnego podejścia, w którym problematyczny odpad staje się cennym surowcem, podnoszącym jakość kluczowego materiału budowlanego.

Inne metody recyklingu termicznego i chemicznego mają na celu osiągnięcie wyższego stopnia zgodności z zasadami gospodarki o obiegu zamkniętym. Jednym z wiodących procesów termicznych stanowi piroliza, która polega na podgrzewaniu rozdrobnionego materiału łopat w środowisku beztlenowym. Przywoływana technika rozkłada żywicę na gaz syntezowy i olej, które mogą być wykorzystane jako źródło energii lub surowiec chemiczny, jednocześnie – co kluczowe – pozostawiając nienaruszone włókna. Firmy takie jak amerykańska Carbon Rivers  skomercjalizowały tę technologię, uzyskując włókna szklane o czystości 99,9%, chociaż wyzwania związane ze zużyciem energii i potencjalną degradacją włókien pozostają.

Obok technik termicznych, obiecującą drogę oferuje recykling chemiczny poprzez solwolizę, która wykorzystuje rozpuszczalniki – niejednokrotnie w połączeniu z ciepłem i ciśnieniem – aby rozpuścić żywicę i czysto oddzielić ją od włókien. Potencjał solwolizy tkwi w możliwości odzyskania włókien o właściwościach bardzo zbliżonych do materiału pierwotnego, co czyni je odpowiednimi do zastosowania w nowych, wysokowydajnych kompozytach.

W kierunku turbiny idealnej

Chociaż technologie recyklingu są kluczowe, ostateczne rozwiązanie leży w przemyśleniu na nowo sposobu, w jaki łopaty są projektowane i wytwarzane. W branży obserwuje się wyraźny zwrot w kierunku modelu projektowania dla obiegu zamkniętego, którego celem jest tworzenie łopat łatwych do demontażu i ponownego wykorzystania.

Droga do gospodarki o zamkniętym obiegu dla łopat turbin wiatrowych jest złożona i wymaga wspólnego wysiłku w celu przezwyciężenia barier technologicznych, ekonomicznych i regulacyjnych.  Samo wyzwanie logistyczne związane z transportem i przetwarzaniem komponentów jest istotne.

Napędzana naciskami regulacyjnymi, zobowiązaniami korporacyjnymi oraz innowacjami technologicznymi, branża wiatrowa przechodzi od modelu gospodarki liniowej do takiego, który traktuje zużyte łopaty nie jako odpad, ale jako cenny zasób.

 _____________

Na farmie wiatrowej offshore Sofia, realizowanej przez RWE u wybrzeży północno-wschodniej Anglii, rozpoczęto na dużą skalę instalację turbin wyposażonych w innowacyjne, nadające się do recyklingu łopaty wirnika. To pierwsze tego typu wdrożenie w Wielkiej Brytanii i jedno z największych na świecie. (ZDJĘCIE główne)