Le pale delle turbine eoliche non devono finire nelle discariche

Questo è uno dei quattro blog di una serie che esamina le sfide e le opportunità attuali per il riciclaggio delle tecnologie energetiche pulite. Si prega di consultare il post introduttivo, così come altre voci sui pannelli solari e batterie di accumulo di energia. Un ringraziamento speciale a Jessica Garcia, UCS Estate 2020 Midwest Clean Energy Policy Fellow, per il supporto alla ricerca e co-autore di questi post.

Le turbine eoliche sono aumentate in dimensioni e quantità per soddisfare le esigenze di capacità di energia pulita

L’energia eolica moderna converte l’energia cinetica (movimento) del vento in energia meccanica. Ciò avviene attraverso la rotazione di grandi lame in fibra di vetro, che poi girano un generatore per produrre elettricità. Le turbine eoliche, come sono conosciute, possono essere localizzate onshore o offshore.

Si prevede che l’energia eolica continuerà a crescere negli Stati Uniti entro il 2050. L’ultimo rapporto sul mercato delle tecnologie eoliche preparato dal Lawrence Berkeley National Laboratory ha rilevato che i prezzi dell’energia eolica sono ai minimi storici e, per il 2019, il 7,3% della produzione di elettricità su scala di utilità negli Stati Uniti proveniva dal vento. In questo post del blog, esamineremo le turbine eoliche terrestri e le opportunità di riciclaggio che esistono ma non sono ancora ampiamente implementate per le pale delle turbine.

I progetti di turbine eoliche si sono evoluti nel tempo per aumentare le dimensioni e l’efficienza, portando infine a una maggiore capacità di generazione. Il principio di progettazione di turbine commerciali oggi sono turbine eoliche ad asse orizzontale costituito da un rotore con tre pale in fibra di vetro attaccato ad un mozzo, che è a sua volta attaccato ad un pezzo centrale (la navicella) che è montato su una torre di acciaio. Vari altri macchinari e fondazioni in calcestruzzo sono inclusi anche nel moderno design delle turbine eoliche, che includono oltre 8.000 parti per turbina.

Pale eoliche nella flotta esistente degli Stati Uniti media circa 50 metri di lunghezza, o circa 164 piedi (circa la larghezza di un campo di calcio degli Stati Uniti). E con le recenti tendenze di utilizzare lame più lunghe su turbine più grandi e torri più alte per aumentare la produzione di elettricità, alcune delle lame più grandi prodotte oggi raggiungono i 60-80 metri di lunghezza.

In termini di durata, le turbine eoliche durano in media circa 25 anni. Circa l ‘ 85% dei componenti delle turbine, come acciaio, filo di rame, elettronica e ingranaggi, può essere riciclato o riutilizzato. Ma le lame sono diverse in quanto sono costituite da fibra di vetro (un materiale composito) per essere leggere per efficienza ma ancora abbastanza resistenti da resistere alle tempeste. La natura mista del materiale della lama rende difficile separare la plastica dalle fibre di vetro per riciclare in un materiale in fibra di vetro lavorabile-e la forza necessaria per le lame significa che sono anche fisicamente difficili da rompere.

Dove le pale delle turbine eoliche usate finiscono ora?

Le pale delle turbine eoliche richiedono lo smaltimento o il riciclaggio quando le turbine vengono dismesse nella fase di fine utilizzo o quando i parchi eolici vengono aggiornati in un processo noto come repowering. Il repowering comporta il mantenimento dello stesso sito e spesso il mantenimento o il riutilizzo dell’infrastruttura primaria per le turbine eoliche, ma l’aggiornamento con turbine di maggiore capacità. Le lame potrebbero essere sostituite con lame più moderne e tipicamente più grandi. In entrambi i casi, le lame in fibra di vetro, una volta che non sono più necessarie, rappresentano la sfida più grande per le considerazioni di fine utilizzo per l’energia eolica.

Mentre è possibile tagliare le lame in pochi pezzi in loco durante un processo di disattivazione o repowering, i pezzi sono ancora difficili e costosi da trasportare per il riciclaggio o lo smaltimento. E il processo di taglio delle lame estremamente forti richiede attrezzature enormi come seghe a filo montate su veicoli o seghe a filo diamantato simili a quelle utilizzate nelle cave. Poiché ci sono così poche opzioni per il riciclaggio delle lame attualmente, la stragrande maggioranza di quelli che raggiungono la fine dell’uso vengono immagazzinati in vari luoghi o portati in discarica.

Infatti, Bloomberg Green ha riferito all’inizio di quest’anno sulle pale delle turbine eoliche smaltite in discarica. Anche se il flusso di rifiuti rappresenta solo una piccola frazione dei rifiuti solidi urbani statunitensi, non è chiaramente una situazione ideale. Poiché le turbine eoliche vengono dismesse o sostituite, sorge la necessità di soluzioni di riciclaggio più creative per le pale usate.

La buona notizia è che sono in corso alcuni sforzi per sviluppare alternative. Due grandi utility negli Stati Uniti, PacificCorp e MidAmerican Energy, per esempio, hanno recentemente annunciato l’intenzione di collaborare con la società Tennessee Carbon Rivers per riciclare alcune delle utility speso pale delle turbine invece di loro discarica. La tecnologia utilizzata dai fiumi di carbonio viene sostenuta attraverso un finanziamento da parte del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e sarà utilizzata per abbattere e riutilizzare la fibra di vetro dalle pale delle turbine usate.

Innovazioni emergenti nel riciclaggio della vetroresina

Mentre la natura composita delle pale delle turbine in fibra di vetro le rende notoriamente difficili da affrontare nella fase di fine utilizzo, l’interesse a trovare alternative può anche suscitare creatività e innovazione. Ad esempio, una partnership che coinvolge università statunitensi, irlandesi e dell’Irlanda del Nord chiamata Re-wind ha sviluppato alcune interessanti idee di progetto di ingegneria civile per riutilizzare e riutilizzare le lame in fibra di vetro. Questi includono l’utilizzo di lame dismesse in progetti di ingegneria civile come parte di strutture powerline o torri, o tetti per l’emergenza o alloggi a prezzi accessibili. In Irlanda del Nord, Re-wind sta anche considerando di pilotarli per l’uso nei ponti pedonali lungo le greenway.

Più in basso nella gerarchia dei rifiuti, cominciano ad emergere ulteriori opzioni di riciclaggio. WindEurope, che rappresenta l’industria eolica dell’Unione Europea, sta collaborando con il Consiglio europeo dell’industria chimica (Cefic) e l’Associazione europea dell’industria dei compositi (EuCIA) per sviluppare nuovi metodi per riutilizzare i materiali delle pale. Le organizzazioni stimano che le pale eoliche 14,000 saranno dismesse nei prossimi anni solo in Europa. Nel maggio 2020, il consorzio ha prodotto Accelerating Wind Turbine Blade Circularity, un rapporto completo che descrive in dettaglio la progettazione, la ricerca e le soluzioni tecniche focalizzate sul ciclo di vita della turbina eolica.

Una considerazione fondamentale per il riciclaggio dei materiali compositi è garantire che il processo di riciclaggio abbia un risultato netto positivo rispetto all’alternativa dello smaltimento in discarica. Un esempio viene dalla Germania, dove il concetto di riciclaggio delle pale delle turbine in cemento è stato sviluppato per la prima volta circa un decennio fa attraverso un impianto costruito nell’ambito di una partnership tra Geocycle, una business unit della società di materiali da costruzione HolcimAG, e la società Zajons.

Questa forma di riciclaggio comporta il controllo della catena di fornitura dello smaltimento, compresa la segatura delle pale della turbina in pezzi più piccoli nel sito di disattivazione per ridurre la logistica e i costi di trasporto. Il processo promette il 100 per cento di riciclaggio e riduzioni delle emissioni di anidride carbonica da cemento co-trasformazione attraverso la sostituzione di produzione di materie prime di cemento con le lame riciclate, oltre all’uso di biogas da residui organici al posto del carbone come combustibile.

Sono in fase di sviluppo anche altre tecnologie come il riciclaggio meccanico, la solvolisi e la pirolisi, che idealmente forniranno all’industria opzioni aggiuntive per la movimentazione di lame in fibra di vetro quando raggiungono la fine dell’uso.

Un’altra opzione di riciclaggio creativo produce pellet o tavole che possono essere utilizzate in applicazioni di carpenteria. Nel 2019, Global Fiberglass Solutions ha iniziato a produrre un prodotto chiamato EcoPoly Pellets negli Stati Uniti e presto produrrà anche una versione a pannello. Questi prodotti sono certificati come riciclati dalle pale delle turbine eoliche dismesse attraverso l’identificazione a radiofrequenza (RFID) che segue dalla lama al prodotto finale. I pellet EcoPoly possono essere trasformati in una varietà di prodotti come pallet di magazzino, materiale per pavimenti o dissuasori di parcheggio. Sulla base delle sue previsioni della domanda, Global Fiberglass Solutions prevede di essere in grado di elaborare da 6.000 a 7.000 lame all’anno in ciascuno dei suoi due stabilimenti in Texas e Iowa.

Un ulteriore approccio al problema del riciclaggio delle lame è quello di concentrarsi sul pezzo iniziale—di cosa sono fatte le lame. Ulteriore ricerca e sviluppo sta esaminando utilizzando resina termoplastica invece di fibra di vetro o fibra di carbonio per pale eoliche. Il materiale può essere più facile ed economico da riciclare.

Alla fine, l’obiettivo di aumentare l’innovazione verso applicazioni di utilizzo aggiuntive per pale di turbine in pensione richiede di avere abbastanza domanda di mercato per incentivare la creazione di strutture in grado di riciclare le pale. Accanto a questa sfida c’è una mancanza di politica negli Stati Uniti. per quanto riguarda le considerazioni relative alla fine dell’uso delle pale delle turbine, contribuendo ulteriormente allo status quo dello stoccaggio o dello smaltimento come rifiuti solidi nelle discariche.

Raggiungere il 100% di riciclabilità dei sistemi di turbine eoliche

Come discusso in precedenza, è attualmente meno costoso smaltire le pale delle turbine eoliche nella discarica più vicina piuttosto che il trasporto spesso a lunga distanza richiesto per il riciclaggio nel numero limitato di strutture in grado di elaborarle in modo efficiente. Il settore, inoltre, soffre attualmente di una mancanza di pressioni normative o di incentivi di mercato per sviluppare pienamente altre opzioni di fine utilizzo.

Due approcci per un’economia più circolare sono una maggiore comunicazione lungo la catena di fornitura delle turbine eoliche e obiettivi ambiziosi. Ad esempio, Vestas Wind Systems A/S, una società di progettazione, produzione e installazione globale di turbine eoliche, ha annunciato un impegno audace per produrre turbine eoliche a rifiuti zero entro il 2040. La società prevede di raggiungere questo obiettivo aumentando la riciclabilità nei prossimi 20 anni lavorando a stretto contatto con i suoi partner lungo la catena di approvvigionamento per evitare in ultima analisi qualsiasi incenerimento o discarica dei suoi prodotti. Sono necessarie ulteriori partnership come queste tra le aziende del settore eolico per contribuire a colmare il divario e rendere i sistemi di energia eolica riciclabili al 100%.

Inoltre, gli Stati Uniti dovrebbero prendere in considerazione meccanismi politici per guidare lo sviluppo del mercato di soluzioni alternative, come l’aumento delle responsabilità dei produttori, oltre allo smaltimento delle pale eoliche nelle discariche. Gli stati potrebbero inoltre contemplare modi per sostenere la costruzione di infrastrutture di riciclaggio regionali, in particolare negli stati con porzioni più grandi di energia eolica come il Texas o l’Iowa, per affrontare la fase di fine utilizzo delle pale delle turbine eoliche.

Si prega di consultare gli altri blog di questa serie per un’introduzione al riciclaggio delle tecnologie energetiche pulite, nonché ulteriori informazioni sul riciclaggio dei pannelli solari e delle batterie di accumulo di energia.