tämä on yksi neljästä blogista sarjassa, jossa tarkastellaan puhtaan energiateknologian kierrätyksen nykyisiä haasteita ja mahdollisuuksia. Katso johdanto postitse, sekä muita merkintöjä aurinkopaneelit ja energian varastointi akkuja. Erityiskiitokset Jessica Garcialle, UCS: n kesällä 2020 Midwest Clean Energy Policy Fellow-tutkijalle, tutkimustuesta ja näiden virkojen kirjoittamisesta.
tuuliturbiinien koko ja määrä ovat kasvaneet puhtaan energian kapasiteettivaatimusten täyttämiseksi
nykyaikainen Tuulivoima muuntaa tuulen liike-energian mekaaniseksi energiaksi. Tämä tapahtuu kääntämällä suuria lasikuitu terät, jotka sitten spin generaattori tuottaa sähköä. Tuulivoimalat, kuten ne tunnetaan, voivat sijaita maalla tai merellä.
tuulivoiman ennustetaan kasvavan koko Yhdysvalloissa vuoteen 2050 mennessä. Lawrence Berkeley National Laboratoryn laatimassa tuoreimmassa Tuuliteknologioiden Markkinaraportissa todettiin, että tuulienergian hinnat ovat kaikkien aikojen matalia, ja vuonna 2019 7,3 prosenttia Yhdysvaltain sähköntuotannosta tuli tuulesta. Tässä blogikirjoituksessa tarkastelemme maalla sijaitsevia tuulivoimaloita ja kierrätysmahdollisuuksia, joita on olemassa, mutta joita ei ole vielä laajasti toteutettu turbiinin lapojen osalta.
lähde: Berkeley Lab Electric Markets & Policy (https://emp.lbl.gov/wind-energy-growth)
tuuliturbiinien suunnittelu on kehittynyt ajan myötä koon ja tehokkuuden lisäämiseksi, mikä on lopulta johtanut suurempaan tuotantokapasiteettiin. Kaupallisten turbiinien päärakenne ovat nykyään vaaka-akseliset tuuliturbiinit, jotka koostuvat roottorista, jossa on kolme lasikuituterää kiinnitettynä napaan, joka itse on kiinnitetty terästorniin asennettuun keskuskappaleeseen (moottoriin). Nykyaikaiseen tuuliturbiinisuunnitteluun sisältyy myös erilaisia muita koneita ja betoniperustuksia, joissa on yli 8 000 osaa turbiinia kohden.
tuuliturbiinien lavat ovat Yhdysvaltain nykyisessä laivastossa keskimäärin noin 50 metriä pitkiä eli noin 164 jalkaa (suunnilleen Yhdysvaltain jalkapallokentän leveys). Ja kun viime aikoina on trendejä käyttää pidempiä teriä isommissa turbiineissa ja korkeissa torneissa sähköntuotannon lisäämiseksi, muutamat suurimmista nykyään tuotetuista teristä saavuttavat 60-80 metrin pituuden.
Lähde: Berkeley Lab, Wind Energy Technology Data Update: 2020 Edition, Sivu 37. Huomaa, että roottorin halkaisija (esitetty tässä metreinä) on hieman yli kaksi kertaa terien pituus
valokuva: James Gignac
kestävyydeltään tuulivoimalat kestävät keskimäärin noin 25 vuotta. Noin 85 prosenttia turbiinikomponenttien materiaaleista—kuten teräksestä, kuparilangasta, elektroniikasta ja vaihteistosta-voidaan kierrättää tai käyttää uudelleen. Mutta terät ovat erilaisia, koska ne koostuvat lasikuidusta (komposiittimateriaalista), jotta ne olisivat kevyitä tehokkuuden kannalta, mutta silti riittävän kestäviä kestämään myrskyjä. Terämateriaalin sekoittuminen tekee muovien erottamisesta kierrätettävistä lasikuiduista toimivaksi lasikuitumateriaaliksi vaikeaa-ja terien tarvitseman lujuuden vuoksi ne ovat myös fyysisesti haastavia hajoamaan.
mihin käytetyt tuuliturbiinien lavat nyt päätyvät?
tuuliturbiinien lavat on hävitettävä tai kierrätettävä, kun turbiinit poistetaan käytöstä käytön loppuvaiheessa tai kun tuulipuistoja kunnostetaan uudelleenpowerointiprosessissa. Uudelleenpuhdistus tarkoittaa saman alueen säilyttämistä ja usein pääinfrastruktuurin ylläpitämistä tai uudelleenkäyttöä tuulivoimaloita varten, mutta nykyaikaistamista suuremmilla turbiinikapasiteeteilla. Terät saatetaan korvata nykyaikaisemmilla ja tyypillisesti suuremmilla terillä. Joka tapauksessa, lasikuitu terät, kun niitä ei enää tarvita, aiheuttaa suurin haaste end-of-use näkökohdat tuulienergian.
vaikka terät on mahdollista leikata muutamaksi kappaleeksi paikan päällä käytöstäpoisto-tai uudelleenpakkausprosessin aikana, kappaleiden kuljettaminen kierrätykseen tai hävittämiseen on edelleen vaikeaa ja kallista. Erittäin vahvojen terien leikkaamiseen tarvitaan valtavia laitteita, kuten ajoneuvoon asennettavia vaijerisahoja tai timanttilankasahoja, joita käytetään louhoksissa. Koska terien kierrätysvaihtoehtoja on tällä hetkellä niin vähän, valtaosa niistä, jotka päätyvät käyttökuntoon, joko varastoidaan eri paikkoihin tai viedään kaatopaikoille.
Bloomberg Green kertoi aiemmin tänä vuonna tuuliturbiinien lapojen loppusijoituksesta kaatopaikoille. Vaikka jätevirta edustaa vain murto-osaa meistä yhdyskuntajätteistä, ei tilanne selvästikään ole ihanteellinen. Kun tuulivoimaloita poistetaan käytöstä tai korvataan uusilla, tarvitaan luovempia kierrätysratkaisuja käytetyille terille.
hyvä uutinen on, että joitakin toimia vaihtoehtojen kehittämiseksi on käynnissä. Esimerkiksi kaksi suurta laitosta Yhdysvalloissa, PacificCorp ja MidAmerican Energy, ovat äskettäin ilmoittaneet suunnitelmista tehdä yhteistyötä Tennesseeläisen Carbon Rivers-yhtiön kanssa kierrättääkseen osan turbiinin siipien käytöstä käytetyistä laitoksista kaatopaikalle sijoittamisen sijaan. Carbon Riversin käyttämää teknologiaa tuetaan Yhdysvaltain energiaministeriön avustusrahoituksella, ja sitä käytetään käytettyjen turbiinien lapojen lasikuidun hajottamiseen ja uudelleenkäyttöön.
Kuva: Flickr/Chuck Coker
Lasikuitukierrätyksen uudet innovaatiot
vaikka lasikuituturbiinin siipien komposiittiluonne tekee niistä tunnetusti vaikeita käsitellä käytön loppuvaiheessa, kiinnostus vaihtoehtojen löytämiseen voi myös herättää luovuutta ja innovaatioita. Esimerkiksi re-wind-niminen kumppanuus, johon osallistui yhdysvaltalaisia, irlantilaisia ja Pohjois-Irlannin yliopistoja, kehitti mielenkiintoisia rakennusteknisiä projektiideoita lasikuituterien uudelleenkäyttöön ja uudelleenkäyttöön. Näitä ovat käytöstä poistettujen terien käyttö Maa-ja vesirakennushankkeissa osana voimalinjan rakenteita tai torneja tai hätä-tai kohtuuhintaisten asuntojen kattoja. Pohjois-Irlannissa Re-wind harkitsee myös niiden pilotointia käytettäväksi jalankulkusilloilla vihertien varrella.
alempana jätehierarkiassa alkaa ilmaantua uusia kierrätysvaihtoehtoja. Euroopan unionin tuuliteollisuutta edustava WindEurope tekee yhteistyötä European Chemical Industry Councilin (Cefic) ja European Composites Industry Associationin (EuCIA) kanssa kehittääkseen uusia menetelmiä terämateriaalien uudelleenkäyttöön. Järjestöt arvioivat, että pelkästään Euroopassa poistetaan lähivuosina käytöstä 14 000 tuulivoimaloiden siipeä. Konsortio laati toukokuussa 2020 Accelerating Wind Turbine Blade Circularity-nimisen kattavan raportin, joka kertoo yksityiskohtaisesti tuuliturbiinien elinkaareen keskittyvästä suunnittelusta, tutkimuksesta ja teknisistä ratkaisuista.
komposiittimateriaalien kierrätyksen keskeisenä näkökohtana on varmistaa, että kierrätysprosessilla on positiivinen nettotulos verrattuna vaihtoehtoiseen kaatopaikalle sijoittamiseen. Yksi esimerkki on Saksasta, jossa turbiinin lapojen kierrätys sementiksi kehitettiin noin vuosikymmen sitten Geocyclen, rakennusmateriaaliyhtiö Holcimagin liiketoimintayksikön ja zajonsin yhteistyönä rakennetussa laitoksessa.
tähän kierrätysmuotoon kuuluu loppusijoituksen toimitusketjun valvonta – mukaan lukien turbiinin lapojen sahaaminen pienempiin osiin käytöstä poistopaikalla kuljetuslogistiikan ja-kustannusten vähentämiseksi. Prosessi lupaa 100 prosentin kierrätyksen ja vähentää sementin rinnakkaisprosessoinnin hiilidioksidipäästöjä korvaamalla sementtiraaka-aineiden tuotannon kierrätysterillä sekä käyttämällä orgaanisista jäänteistä saatavaa biokaasua hiilen sijasta polttoaineena.
kehitetään myös muita tekniikoita, kuten mekaanista kierrätystä, solvolyysiä ja pyrolyysiä, jotka tarjoavat teollisuudelle ihanteellisesti lisävaihtoehtoja lasikuituterien käsittelyyn, kun ne tulevat käyttöiän loppuun.
toinen luova kierrätysvaihtoehto tuottaa pellettejä tai lautoja, joita voidaan käyttää puusepän sovelluksissa. Vuonna 2019 Global Fiberglass Solutions alkoi tuottaa EcoPoly Pellets-nimistä tuotetta Yhdysvalloissa ja tuottaa pian myös paneeliversion. Nämä tuotteet on sertifioitu kierrätettäviksi käytöstä poistetuista tuuliturbiinien lapoista radiotaajuustunnistuksen (RFID) avulla terästä lopputuotteeseen. Ekopoly pelleteistä voidaan valmistaa erilaisia tuotteita, kuten varastolavoja, lattiamateriaalia tai pysäköintipollareita. Global Fiberglass Solutions ennakoi kysyntäennusteidensa perusteella pystyvänsä käsittelemään 6 000-7 000 terää vuodessa kummassakin tehtaassaan Texasissa ja Iowassa.
terien kierrätysongelmaan on lisätty lähestymistapa keskittymällä siihen, mistä terät on valmistettu. Lisätutkimuksessa ja kehitystyössä tutkitaan termoplastisen hartsin käyttöä lasikuidun tai hiilikuidun sijaan tuuliturbiinien lapoihin. Materiaali voi olla helpompi ja halvempi kierrättää.
loppujen lopuksi tavoite innovoinnin lisäämisestä entisten turbiinilavojen lisäkäyttösovelluksiin edellyttää riittävää markkinakysyntää, jotta voidaan kannustaa luomaan laitoksia, joilla lavat voidaan kierrättää. Tämän haasteen rinnalla on politiikan puute Yhdysvalloissa. turbiinin lapojen käytön lopettamiseen liittyvät näkökohdat, jotka osaltaan vaikuttavat siihen, että kiinteän jätteen varastointi tai loppusijoitus kaatopaikoilla säilyy ennallaan.
Tuuliturbiinijärjestelmien 100-prosenttisen kierrätettävyyden saavuttaminen
kuten edellä on todettu, tuuliturbiinien lapojen hävittäminen lähimmälle kaatopaikalle on nykyisin halvempaa kuin kierrätykseen vaadittavat usein pitkän matkan kuljetukset rajallisessa määrässä laitoksia, joissa niitä voidaan käsitellä tehokkaasti. Lisäksi alalla ei tällä hetkellä ole sääntelypaineita tai markkinakannustimia kehittää täysimääräisesti muita käytön loppuvaihtoehtoja.
kaksi lähestymistapaa kiertotalouden lisäämiseen ovat laajempi viestintä tuulivoimaloiden toimitusketjussa ja kunnianhimoiset tavoitteet. Esimerkiksi tuuliturbiineja suunnitteleva, valmistava ja maailmanlaajuinen asennusyhtiö Vestas Wind Systems A / S ilmoitti sitoutuvansa rohkeasti tuottamaan zero waste-tuuliturbiineja vuoteen 2040 mennessä. Yritys aikoo saavuttaa tämän parantamalla kierrätettävyyttä seuraavien 20 vuoden aikana tekemällä tiivistä yhteistyötä toimitusketjussa toimivien kumppaniensa kanssa, jotta sen tuotteita ei lopulta poltettaisi tai vietäisi kaatopaikalle. Tarvitaan lisää tämänkaltaisia kumppanuuksia tuuliteollisuusyritysten välillä, jotta autetaan täyttämään aukko ja tekemään tuulienergiajärjestelmistä 100-prosenttisesti kierrätettäviä.
myös Yhdysvaltojen valtioiden olisi harkittava poliittisia mekanismeja, joilla vaihtoehtoisten ratkaisujen, kuten tuottajien vastuun lisäämisen, markkinakehitys voitaisiin siirtää kaatopaikoilla olevien tuuliturbiinien lapojen hävittämisen ulkopuolelle. Osavaltiot voisivat lisäksi harkita tapoja tukea alueellisen kierrätysinfrastruktuurin rakentamista-erityisesti osavaltioissa, joissa tuulivoiman osuus on suurempi, kuten Texasissa tai Iowassa—tuuliturbiinien lapojen käytön loppuvaiheen käsittelemiseksi.
muista tämän sarjan blogeista löydät johdannon puhtaiden energiateknologioiden kierrätykseen sekä lisätietoa aurinkopaneelien ja energiavarastoakkujen kierrätyksestä.