ez egyike annak a négy blognak, amely a tiszta energiájú technológiák újrahasznosításának jelenlegi kihívásait és lehetőségeit vizsgálja. Kérjük, olvassa el a bevezető bejegyzést, valamint a napelemek és az energiatároló akkumulátorok egyéb bejegyzéseit. Külön köszönet Jessica Garciának, az UCS 2020 nyári Midwest Clean Energy Policy munkatársának a kutatási támogatásért és a hozzászólások társszerzőjéért.
a szélturbinák mérete és mennyisége megnőtt, hogy megfeleljenek a tiszta energiakapacitás követelményeinek
a Modern szélenergia a szél mozgási (mozgási) energiáját mechanikai energiává alakítja. Ez nagy üvegszálas pengék forgatásával történik, amelyek ezután generátort forgatnak villamos energia előállításához. A szélturbinák, amint ismertek, a parton vagy a tengeren helyezkedhetnek el.
a szélenergia várhatóan 2050-re tovább növekszik az Egyesült Államokban. A Lawrence Berkeley National Laboratory által készített legújabb Széltechnológiai piaci jelentés megállapította, hogy a szélenergia ára minden idők legalacsonyabb szintjén van, és 2019-ben az Egyesült Államokban a közüzemi villamosenergia-termelés 7,3 százaléka szélből származott. Ebben a blogbejegyzésben megvizsgáljuk a szárazföldi szélturbinákat és a meglévő, de még nem széles körben alkalmazott újrahasznosítási lehetőségeket a turbinalapátok számára.
forrás: Berkeley Lab elektromos piacok & politika (https://emp.lbl.gov/wind-energy-growth)
a szélturbinák tervezése az idők során a méret és a hatékonyság növelése érdekében fejlődött, ami végül nagyobb termelési kapacitáshoz vezetett. A kereskedelmi turbinák alapvető kialakítása ma vízszintes tengelyű szélturbinák, amelyek egy forgórészből állnak, három üvegszálas pengével, amelyek egy agyhoz vannak rögzítve, amely maga is egy acéltoronyra szerelt központi darabhoz (a gondolához) van rögzítve. A modern szélturbina-tervezés számos egyéb gépet és beton alapot is tartalmaz, amelyek turbinánként több mint 8000 alkatrészt tartalmaznak.
szélturbina lapátok a meglévő amerikai flottában átlagosan körülbelül 50 méter hosszúak, vagyis körülbelül 164 láb (körülbelül egy amerikai futballpálya szélessége). A legújabb trendek szerint a nagyobb turbinákon és a magasabb tornyokon hosszabb pengéket használnak az áramtermelés növelése érdekében, a ma gyártott legnagyobb pengék közül néhány eléri a 60-80 métert.
Forrás: Berkeley Lab, Szélenergia-Technológiai Adatok Frissítése: 2020-As Kiadás, 37.Oldal. Vegye figyelembe, hogy a rotor átmérője (itt méterben látható) valamivel több, mint kétszerese a pengék hosszának
fotó: James Gignac
tartósság szempontjából a szélturbinák átlagosan körülbelül 25 évig tartanak. A turbinák alkatrészeinek mintegy 85 százaléka—például acél, rézhuzal, elektronika és hajtómű-újrahasznosítható vagy újrafelhasználható. De a pengék különböznek, mivel üvegszálból (kompozit anyagból) készülnek, hogy könnyűek legyenek a hatékonyság érdekében, mégis elég tartósak ahhoz, hogy ellenálljanak a viharoknak. A penge anyagának vegyes jellege megnehezíti a műanyagok elválasztását az üvegszálaktól, hogy újrahasznosíthatók legyenek egy működőképes üvegszálas anyaggá-és a pengékhez szükséges szilárdság azt jelenti, hogy fizikailag is kihívást jelentenek a széttöredezés.
hol végződnek a használt szélturbina lapátok?
a szélturbina lapátjait akkor kell ártalmatlanítani vagy újrahasznosítani, amikor a turbinákat a használat végén leszerelik, vagy amikor a szélerőműveket felújítják az újramotorozásnak nevezett folyamat során. Az újratelepítés magában foglalja ugyanazon telephely fenntartását, valamint gyakran a szélturbinák elsődleges infrastruktúrájának fenntartását vagy újrafelhasználását, de nagyobb kapacitású turbinákkal történő korszerűsítést. A pengéket modernebb és jellemzően nagyobb pengékre lehet cserélni. Akárhogy is, az üvegszálas pengék, ha már nincs rájuk szükség, a legnagyobb kihívást jelentik a szélenergia használatának befejezésével kapcsolatos megfontolások szempontjából.
bár lehetséges, hogy a pengéket a helyszínen néhány darabra vágják a leszerelési vagy újragondolási folyamat során, a darabokat még mindig nehéz és költséges újrahasznosítás vagy ártalmatlanítás céljából szállítani. A rendkívül erős pengék vágási folyamata óriási felszerelést igényel, például járműre szerelt drótfűrészeket vagy gyémánthuzalfűrészeket, hasonlóan a kőbányákban használtakhoz. Mivel jelenleg olyan kevés lehetőség van a pengék újrahasznosítására, a felhasználás végét elérők túlnyomó többségét vagy különböző helyeken tárolják, vagy hulladéklerakókba szállítják.
valójában a Bloomberg Green az év elején számolt be a szélturbina lapátok hulladéklerakókban történő ártalmatlanításáról. Annak ellenére, hogy a hulladékáram az Egyesült Államok települési szilárd hulladékának csak egy kis részét képviseli, nyilvánvalóan nem ideális helyzet. Mivel a szélturbinákat leszerelik vagy kicserélik, szükség van a használt pengék kreatívabb újrahasznosítási megoldásaira.
a jó hír az, hogy az alternatívák kidolgozása folyamatban van. Az Egyesült Államokban két nagy közmű, a Pacificcorp és a MidAmerican Energy például nemrégiben bejelentette, hogy a Tennessee Carbon Rivers céggel együttműködve újrahasznosítják a közüzemi turbinapengék egy részét a hulladéklerakás helyett. A Carbon Rivers által használt technológiát az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma támogatja, és a használt turbinalapátok üvegszálának lebontására és újrafelhasználására fogják használni.
fotó: Flickr / Chuck Coker
új innovációk az üvegszálas újrahasznosításban
míg az üvegszálas turbina lapátok összetett jellege miatt közismerten nehéz kezelni őket a felhasználás végén, az alternatívák keresése iránti érdeklődés kreativitást és innovációt is kiválthat. Például az Egyesült Államok, Írország és Észak-Írország egyetemeinek részvételével a Re-wind nevű partnerség érdekes építőmérnöki projektötleteket fejlesztett ki az üvegszálas pengék újrafelhasználására és újrafelhasználására. Ezek közé tartozik a leszerelt pengék használata az építőmérnöki projektekben a powerline szerkezetek vagy tornyok részeként, vagy tetők sürgősségi vagy megfizethető lakhatáshoz. Észak-Írországban a Re-wind azt is fontolgatja, hogy kipróbálja őket a zöldutak mentén lévő gyalogos hidakban való használatra.
a hulladékhierarchiában lejjebb további újrahasznosítási lehetőségek jelennek meg. Az Európai Unió szélenergia-iparát képviselő WindEurope együttműködik az Európai vegyipari Tanáccsal (Cefic) és az Európai kompozit ipari Szövetséggel (EuCIA), hogy új módszereket dolgozzanak ki a pengeanyagok újrafelhasználására. A szervezet becslése szerint csak Európában a következő néhány évben 14 000 szélturbina lapátot fognak leszerelni. 2020 májusában a konzorcium elkészítette az Accelerating Wind Turbine Blade Circularity című átfogó jelentést, amely részletezi a szélturbina életciklusára összpontosító tervezést, kutatást és műszaki megoldásokat.
a kompozit anyagok újrafeldolgozásának kulcsfontosságú szempontja annak biztosítása, hogy az újrafeldolgozási eljárás nettó pozitív eredményt érjen el a hulladéklerakókban történő ártalmatlanítás alternatívájához képest. Az egyik példa Németországból származik, ahol a turbinalapátok cementké történő újrahasznosításának koncepcióját körülbelül egy évtizeddel ezelőtt fejlesztették ki egy olyan üzemen keresztül, amelyet a geocycle, a holcimag építőanyag-társaság üzleti egysége és a Zajons társaság partnersége alapján építettek.
az újrahasznosításnak ez a formája magában foglalja az ártalmatlanítási ellátási lánc ellenőrzését—beleértve a turbinalapátok kisebb darabokra vágását a leszerelési helyszínen a szállítási logisztika és a költségek csökkentése érdekében. A folyamat 100%-os újrahasznosítást és a cement együttes feldolgozásából származó szén-dioxid-kibocsátás csökkentését ígéri azáltal, hogy a cement nyersanyagokat újrahasznosított pengékkel helyettesítik, valamint a szerves maradványokból származó biogázt a szén helyett üzemanyagként használják.
egyéb technológiák, mint például a mechanikus újrahasznosítás, a szolvolízis és a pirolízis is fejlesztés alatt állnak, amelyek ideális esetben további lehetőségeket kínálnak az ipar számára az üvegszálas pengék kezelésére, amikor elérik a felhasználás végét.
egy másik kreatív újrahasznosítási lehetőség pelleteket vagy táblákat állít elő, amelyek asztalos alkalmazásokban használhatók. 2019-ben a Global Fiberglass Solutions megkezdte az EcoPoly pellet nevű termék gyártását az Egyesült Államokban, és hamarosan egy panel verziót is gyárt. Ezeket a termékeket a leszerelt szélturbina lapátokból újrahasznosítottként tanúsítják rádiófrekvenciás azonosítás (RFID) nyomon követése a pengétől a végtermékig. Az EcoPoly pellet különféle termékekké alakítható át, például raktári raklapokká, padlóanyagokká vagy parkolóoszlopokká. Keresleti előrejelzései alapján a Global Fiberglass Solutions arra számít, hogy évente 6000-7000 pengét képes feldolgozni mindkét texasi és Iowai üzemében.
a penge újrahasznosításának további megközelítése az, hogy az elülső darabra összpontosítunk—miből készülnek a pengék. További kutatás és fejlesztés vizsgálja a hőre lágyuló gyanta üvegszál vagy szénszál helyett a szélturbina lapátok használatát. Az anyag könnyebben és olcsóbban újrahasznosítható.
végül a nyugdíjas turbinalapátok további felhasználási alkalmazásai felé irányuló innováció növelésének célja elegendő piaci keresletet igényel ahhoz, hogy ösztönözze a pengék újrahasznosítására alkalmas létesítmények létrehozását. E kihívás mellett az Egyesült Államokban hiányzik a politika. ami a turbinalapátok használatának megszűnésével kapcsolatos megfontolásokat illeti, további hozzájárulás a szilárd hulladék hulladéklerakókban történő tárolásának vagy ártalmatlanításának status quo-jához.
a szélturbina rendszerek 100% – os újrahasznosíthatóságának elérése
amint azt fentebb tárgyaltuk, jelenleg olcsóbb a szélturbina lapátokat a legközelebbi hulladéklerakóban ártalmatlanítani, mint az újrahasznosításhoz gyakran szükséges távolsági szállítást a korlátozott számú létesítményben, amely hatékonyan képes feldolgozni őket. Ezenkívül az iparág jelenleg a szabályozási nyomás vagy a piaci ösztönzők hiányától szenved, hogy teljes mértékben dolgozzon ki más felhasználási lehetőségeket.
a körforgásos gazdaság két megközelítése a szélturbinák ellátási láncának jobb kommunikációja és az ambiciózus célok. Például a Vestas Wind Systems A/S, a szélturbinák tervezésével, gyártásával és globális telepítésével foglalkozó vállalat bejelentette, hogy 2040-ig merész elkötelezettséget jelent a nulla hulladékú szélturbinák gyártására. A vállalat ezt úgy tervezi elérni, hogy a következő 20 évben növeli az újrahasznosíthatóságot azáltal, hogy szorosan együttműködik partnereivel az ellátási lánc mentén, hogy végül elkerülje termékei égetését vagy hulladéklerakását. Több ilyen partnerségre van szükség a szélenergia-ipari vállalatok között, hogy segítsék a hiányosságok pótlását és a szélenergia-rendszerek 100% – ban újrahasznosíthatóvá tételét.
az amerikai államoknak fontolóra kell venniük az alternatív megoldások, például a megnövekedett gyártói felelősségek piaci fejlődésének ösztönzését a szélturbina lapátok hulladéklerakókban történő ártalmatlanításán túl. Az államok emellett fontolóra vehetik a regionális újrahasznosítási infrastruktúra kiépítésének támogatását—különösen azokban az államokban, ahol nagyobb a szélenergia, például Texas vagy Iowa—a szélturbina lapátok Felhasználási szakaszának kezelése érdekében.
kérjük, olvassa el a sorozat többi blogját, amely bemutatja a tiszta energia technológiák újrahasznosítását, valamint további információkat a napelemek és az energiatároló akkumulátorok újrahasznosításáról.