이것은 청정 에너지 기술의 재활용에 대한 현재의 도전과 기회를 조사하는 일련의 4 개의 블로그 중 하나입니다. 소개 게시물과 태양 전지 패널 및 에너지 저장 배터리에 대한 다른 항목을 참조하십시오. 2020 년 여름 중서부 청정 에너지 정책 연구원 인 제시카 가르시아에게 연구 지원 및 공동 작성에 감사드립니다.
풍력 터빈은 청정 에너지 용량 요구를 충족시키기 위해 크기와 양이 증가했습니다.
현대 풍력은 풍력의 운동(운동)에너지를 기계적 에너지로 변환합니다. 이 후 전기를 생산하는 발전기를 회전 큰 유리 섬유 블레이드의 회전을 통해 발생합니다. 풍력 터빈은 알려진 바와 같이 육상 또는 해양에 위치 할 수 있습니다.
풍력은 2050 년까지 미국 전역에서 계속 성장할 것으로 예상됩니다. 로렌스 버클리 국립 연구소가 작성한 최신 풍력 기술 시장 보고서에 따르면 풍력 에너지 가격은 사상 최저 수준이며 2019 년에는 미국의 유틸리티 규모의 전력 생산의 7.3%가 바람에서 비롯된 것으로 나타났습니다. 이 블로그 게시물에서 우리는 육상 풍력 터빈과 터빈 블레이드에 존재하지만 아직 널리 구현되지 않은 재활용 기회를 조사 할 것입니다.
출처: 버클리 연구소 전기 시장&정책(https://emp.lbl.gov/wind-energy-growth)
풍력 터빈 설계는 크기와 효율성을 높이기 위해 시간이 지남에 따라 발전하여 궁극적으로 더 큰 발전 용량으로 이어졌습니다. 오늘날 상업용 터빈의 원리 설계는 허브에 부착 된 3 개의 유리 섬유 블레이드가있는 로터로 구성된 수평 축 풍력 터빈입니다.이 터빈은 강철 탑에 장착 된 중앙 조각(나셀)에 부착됩니다. 터빈 당 8,000 개 이상의 부품을 포함하는 다양한 기타 기계 및 콘크리트 기초도 현대 풍력 터빈 설계에 포함됩니다.
기존 미국 함대의 풍력 터빈 블레이드는 평균 길이가 약 50 미터 또는 약 164 피트(미국 축구장 너비)입니다. 그리고 더 큰 터빈 및 더 키 큰 탑에 더 긴 잎을 전기 생산을 증가하기 위하여 이용하는 최근 동향에,오늘 일어난 가장 큰 잎의 약간은 길이 60-80 미터를 도달합니다.
출처:버클리 연구소,풍력 에너지 기술 데이터 업데이트:2020 판,37 페이지. 로터 직경(여기 미터 단위)은 블레이드 길이의 두 배보다 약간 큽니다
사진: 제임스 지냑
내구성 측면에서 풍력 터빈은 평균 약 25 년 지속됩니다. 강철,구리선,전자 제품 및 기어링과 같은 터빈 부품 재료의 약 85%가 재활용되거나 재사용 될 수 있습니다. 그러나 잎은 효율성을 위해 경량이기 위하여 섬유유리(복합 재료)로 그러나 폭풍우를 저항하기 위하여 아직도 충분히 튼튼한 위로 만들기 때문에 다릅니다. 블레이드 소재의 혼합된 특성으로 인해 유리 섬유에서 플라스틱을 분리하여 작동 가능한 유리 섬유 소재로 재활용하기가 어려워지고 블레이드에 필요한 강도는 물리적으로 분리하기가 어렵다는 것을 의미합니다.
사용 된 풍력 터빈 블레이드는 이제 어디에서 끝나나요?
풍력 터빈 블레이드는 사용 종료 단계에서 터빈을 폐기하거나 풍력 발전 단지가 재공급이라는 프로세스에서 업그레이드되는 경우 폐기 또는 재활용이 필요합니다. 재 공급에는 동일한 사이트를 유지하고 종종 풍력 터빈의 기본 인프라를 유지 또는 재사용하지만 더 큰 용량의 터빈으로 업그레이드하는 것이 포함됩니다. 블레이드는 더 현대적이고 일반적으로 더 큰 블레이드로 대체 될 수 있습니다. 어느 쪽이든,유리 섬유 블레이드는 더 이상 필요하지 않으면 풍력 에너지에 대한 사용 종료 고려 사항에 가장 큰 도전을 제기합니다.
폐기 또는 재공급 과정에서 현장에서 블레이드를 몇 조각으로 절단하는 것은 가능하지만,이 조각들은 재활용 또는 폐기를 위해 운송하기가 여전히 어렵고 비용이 많이 듭니다. 그리고 매우 강한 블레이드를 절단하는 과정은 채석장에서 사용되는 것과 유사한 차량 장착 와이어 톱 또는 다이아몬드 와이어 톱과 같은 거대한 장비가 필요합니다. 현재 블레이드를 재활용하기위한 몇 가지 옵션이 있기 때문에,최종 사용에 도달하는 사람들의 대부분은 중 다양한 장소에 저장 또는 매립지로 이동되고있다.
실제로 블룸버그 그린은 올해 초 풍력 터빈 블레이드가 매립지에 처분되고 있다고 보도했다. 비록 폐기물 흐름이 미국 시립 고형 폐기물의 아주 작은 부분만을 나타내더라도,그것은 분명히 이상적인 상황이 아닙니다. 풍력 터빈이 폐기되거나 교체됨에 따라 중고 블레이드에 대한보다 창의적인 재활용 솔루션이 필요합니다.
좋은 소식은 대안 개발에 대한 노력이 진행 중이라는 것이다. 미국의 두 대형 유틸리티,퍼시픽 코프와 미드 아메리카 에너지는,예를 들어,최근 터빈 블레이드 대신 매립의 소비 유틸리티의 일부를 재활용 테네시 회사 탄소 강 파트너 계획을 발표했다. 탄소 강에서 사용되는 기술은 미국 에너지 부에 의해 보조금 자금을 통해 지원되고 있으며 사용 된 터빈 블레이드에서 유리 섬유를 분해하고 재사용하는 데 사용될 것입니다.
사진:플리커/척 코커
유리 섬유 재활용 신흥 혁신
유리 섬유 터빈 블레이드의 복합 특성은 그들이 악명이 어려운 사용 종료 단계에서 처리 할 수 있지만,대안을 찾는 관심은 창의성과 혁신을 촉발 할 수 있습니다. 예를 들어,다시 바람이라는 미국,아일랜드,북 아일랜드 대학을 포함하는 파트너십은 재사용 및 유리 섬유 블레이드의 용도 변경에 대한 몇 가지 흥미로운 토목 공학 프로젝트 아이디어를 개발했다. 여기에는 전력선 구조 또는 타워의 일부로 토목 공학 프로젝트에서 폐기 된 블레이드를 사용하거나 비상 또는 저렴한 주택을위한 지붕을 사용하는 것이 포함됩니다. 북 아일랜드에서,다시 바람은 그린 웨이를 따라 보행자 다리에서 사용하기 위해 그들을 조종 고려하고있다.
폐기물 계층 구조 아래로 더 나아가 추가 재활용 옵션이 등장하기 시작했습니다. 유럽 연합의 풍력 산업을 대표하는 윈드 유럽은 유럽 화학 산업 협의회 및 유럽 복합재료 산업 협회(유시아)와 협력하여 블레이드 재료를 재사용하는 새로운 방법을 개발하고 있습니다. 이 조직은 유럽에서만 향후 몇 년 동안 14,000 개의 풍력 터빈 블레이드가 폐기 될 것으로 추정합니다. 2020 년 5 월 컨소시엄은 풍력 터빈 수명주기에 초점을 맞춘 설계,연구 및 기술 솔루션을 자세히 설명하는 포괄적 인 보고서 인 가속 풍력 터빈 블레이드 순환성을 생산했습니다.
복합재료 재활용을 위한 주요 고려사항은 재활용 공정이 매립지에 폐기하는 대안에 비해 순 긍정적인 결과를 얻을 수 있도록 하는 것이다. 한 예로 터빈 블레이드를 시멘트로 재활용한다는 개념이 약 10 년 전에 건축 자재 회사 홀치마그의 사업부인 지오사이클과 자욘스 회사 간의 파트너십을 통해 처음 개발된 독일이 있습니다.
이러한 형태의 재활용에는 폐기 공급망의 제어가 포함되며,여기에는 해체 현장에서 터빈 블레이드를 더 작은 조각으로 절단하여 운송 물류 및 비용을 절감하는 것이 포함됩니다. 이 공정은 시멘트 원료 생산을 재활용 블레이드로 대체하고 석탄 대신 유기 잔해에서 바이오 가스를 연료로 사용하여 시멘트 공동 처리로 인한 이산화탄소 배출량을 100%재활용 및 감소시킬 것을 약속합니다.
기계 재활용,용매 분해 및 열분해와 같은 다른 기술도 개발되고 있으며,이는 최종 사용에 도달했을 때 유리 섬유 블레이드를 처리하기위한 추가 옵션을 업계에 이상적으로 제공 할 것입니다.
또 다른 창의적인 재활용 옵션은 목공 응용 분야에 사용할 수있는 펠렛 또는 보드를 생산합니다. 2019 에서 글로벌 유리 섬유 솔루션은 미국에서 에코로 폴리 펠렛이라는 제품을 생산하기 시작했으며 곧 패널 버전을 추가로 생산할 것입니다. 이러한 제품은 폐기된 풍력 터빈 블레이드에서 블레이드에서 최종 제품까지의 무선 주파수 식별 추적을 통해 재활용되는 것으로 인증되었습니다. 복점 펠릿은 창고 깔판 마루 물자,또는 주차 볼러드와 같은 다양한 제품으로 변형될 수 있습니다. 수요 예측을 바탕으로 글로벌 유리 섬유 솔루션은 텍사스와 아이오와에있는 두 공장에서 연간 6,000~7,000 개의 블레이드를 처리 할 것으로 예상합니다.
블레이드 재활용 문제에 대한 추가 접근 방식은 블레이드가 만들어진 초기 조각에 초점을 맞추는 것입니다. 추가 연구와 개발은 바람 터빈날을 위해 섬유유리 탄소 섬유 대신에 열가소성 수지 사용으로 보고 있습니다. 재료는 재활용이 더 쉽고 저렴할 수 있습니다.
결국,은퇴한 터빈 블레이드를 위한 추가 사용 어플리케이션에 대한 혁신을 증대시키려는 목표는 블레이드를 재활용할 수 있는 설비의 생성을 장려하기에 충분한 시장 수요를 필요로 한다. 그 도전 외에도 미국의 정책 부족이 있습니다. 터빈 블레이드에 대 한 사용 종료 고려 사항에 대 한 더 매 립 지에 고체 폐기물로 저장 또는 처분의 현 상태에 기여.
풍력 터빈 시스템의 100%재활용성 달성
상술한 바와 같이,현재 풍력 터빈 블레이드를 효율적으로 처리할 수 있는 제한된 수의 시설에서 재활용에 필요한 장거리 운송보다는 가장 가까운 매립지에 폐기하는 것이 더 저렴하다. 또한 업계는 현재 다른 최종 사용 옵션을 완전히 개발하기위한 규제 압력 또는 시장 인센티브가 부족하여 어려움을 겪고 있습니다.
보다 순환적인 경제에 대한 두 가지 접근 방식은 풍력 터빈 공급망을 따라 더 큰 커뮤니케이션과 야심 찬 목표입니다. 예를 들어,풍력 터빈 설계,제조 및 글로벌 설치 회사 인 베스타스 풍력 시스템은 2040 년까지 폐기물 제로 풍력 터빈을 생산하겠다는 대담한 약속을 발표했습니다. 이 회사는 궁극적으로 제품의 소각이나 매립을 피하기 위해 공급망을 따라 파트너와 긴밀히 협력함으로써 향후 20 년 동안 재활용 가능성을 높임으로써이를 달성 할 계획입니다. 풍력 산업 회사 간의 이와 같은 더 많은 파트너십은 격차를 메우고 풍력 에너지 시스템을 100%재활용 할 수 있도록해야합니다.
또한 미국 주에서는 매립지에서 풍력 터빈 블레이드를 폐기하는 것 외에도 생산자 책임 증가와 같은 대체 솔루션의 시장 개발을 주도하는 정책 메커니즘을 고려해야합니다. 주정부는 풍력 터빈 블레이드의 사용 종료 단계를 해결하기 위해 특히 텍사스 나 아이오와와 같은 풍력이 많은 주에서 지역 재활용 인프라 건설을 지원하는 방법을 추가로 고려할 수 있습니다.
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