as pás das turbinas eólicas não precisam acabar em aterros

este é um dos quatro blogs em uma série que examina os desafios e oportunidades atuais para a reciclagem de tecnologias de energia limpa. Por favor, veja o post introdutório, bem como outras entradas em painéis solares e baterias de armazenamento de energia. Agradecimentos especiais a Jessica Garcia, Bolsista de Política de energia limpa do Midwest Summer 2020 da UCS, pelo apoio à pesquisa e co-autoria desses posts.

as turbinas eólicas aumentaram em tamanho e quantidade para atender às demandas de capacidade de energia limpa

a energia eólica moderna converte a energia cinética (movimento) do vento em energia mecânica. Isso acontece através do giro de grandes lâminas de fibra de vidro, que então giram um gerador para produzir eletricidade. As turbinas eólicas, como são conhecidas, podem ser localizadas em terra ou no mar.

prevê-se que a energia eólica continue a crescer nos EUA até 2050. O mais recente relatório de mercado de tecnologias eólicas preparado pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley descobriu que os preços da energia eólica estão em mínimos históricos e, para 2019, 7,3% da geração de eletricidade em escala de serviços públicos nos EUA veio do vento. Neste post do blog, examinaremos as turbinas eólicas terrestres e as oportunidades de reciclagem que existem, mas ainda não são amplamente implementadas para as pás da turbina.

os projetos de turbinas eólicas evoluíram ao longo do tempo para aumentar em tamanho e eficiência, levando a uma maior capacidade de geração. O projeto principal das turbinas comerciais hoje são turbinas eólicas de eixo horizontal que consistem em um rotor com três lâminas de fibra de vidro presas a um cubo, que é anexado a uma peça central (a nacela) que é montada em uma torre de aço. Várias outras máquinas e fundações de concreto também estão incluídas no design moderno de turbinas eólicas, que incluem mais de 8.000 peças por turbina.

pás de turbinas eólicas na frota dos EUA existente têm uma média de cerca de 50 metros de comprimento, ou cerca de 164 pés (aproximadamente a largura de um campo de futebol dos EUA). E com as tendências recentes de usar pás mais longas em turbinas maiores e torres mais altas para aumentar a produção de eletricidade, algumas das maiores pás produzidas hoje atingem de 60 a 80 metros de comprimento.

em termos de durabilidade, As turbinas eólicas duram em média cerca de 25 anos. Cerca de 85% dos materiais Componentes da turbina—como aço, fio de cobre, eletrônicos e engrenagens-podem ser reciclados ou reutilizados. Mas as lâminas são diferentes, pois são feitas de fibra de vidro (um material composto) para serem leves para eficiência, mas ainda duráveis o suficiente para suportar tempestades. A natureza mista do material da lâmina torna difícil separar os plásticos das fibras de vidro para reciclar em um material de fibra de vidro viável—e a força necessária para as lâminas significa que elas também são fisicamente desafiadoras para se separar.

onde as pás de turbinas eólicas usadas acabam agora?As pás das turbinas eólicas requerem descarte ou reciclagem quando as turbinas são desativadas no estágio de fim de uso, ou quando os parques eólicos estão sendo atualizados em um processo conhecido como repowering. Repowering envolve manter o mesmo local e muitas vezes manter ou reutilizar a infraestrutura primária para turbinas eólicas, mas atualizar com turbinas de maior capacidade. As lâminas podem ser substituídas por lâminas mais modernas e tipicamente maiores. De qualquer forma, as lâminas de fibra de vidro, uma vez que não são mais necessárias, representam o maior desafio para considerações de fim de uso para a energia eólica.

embora seja possível cortar as lâminas em algumas peças no local durante um processo de descomissionamento ou repowering, as peças ainda são difíceis e caras de transportar para reciclagem ou descarte. E o processo de corte das lâminas extremamente fortes requer equipamentos enormes, como serras de arame montadas em veículos ou Serras de arame de diamante semelhantes ao que é usado em pedreiras. Como existem poucas opções para reciclar as lâminas atualmente, a grande maioria das que chegam ao fim do uso está sendo armazenada em vários lugares ou levada para aterros sanitários.

de fato, a Bloomberg Green informou no início deste ano sobre as pás das turbinas eólicas sendo descartadas em aterros sanitários. Mesmo que o fluxo de resíduos represente apenas uma pequena fração dos resíduos sólidos municipais dos EUA, claramente não é uma situação ideal. À medida que as turbinas eólicas estão sendo desativadas ou substituídas, surge a necessidade de soluções de Reciclagem mais criativas para lâminas usadas.

a boa notícia é que alguns esforços no desenvolvimento de alternativas estão em andamento. Duas grandes concessionárias nos EUA, PacificCorp e MidAmerican Energy, por exemplo, anunciaram recentemente planos de parceria com a empresa de Tennessee Carbon Rivers para reciclar algumas das concessionárias gastaram pás de turbina em vez de aterrá-las. A tecnologia usada pelos rios de carbono está sendo apoiada por meio de financiamento do Departamento de Energia DOS EUA e será usada para quebrar e reutilizar fibra de vidro de pás de turbina usadas.

inovações Emergentes em fibra de vidro, reciclagem

Enquanto o composto natureza de fibra de vidro, lâminas de turbina torna notoriamente difícil lidar com o fim-de-usar fase, o interesse em encontrar alternativas também pode faísca de criatividade e inovação. Por exemplo, uma parceria envolvendo universidades dos EUA, Irlanda e Irlanda do Norte chamada Re-wind desenvolveu algumas idéias interessantes de projetos de engenharia civil para reutilizar e reaproveitar lâminas de fibra de vidro. Isso inclui o uso de lâminas desativadas em projetos de engenharia civil como parte de estruturas ou torres de linha de força, ou telhados para habitação de emergência ou Acessível. Na Irlanda do Norte, a Re-wind também está considerando pilotá-los para uso em pontes de pedestres ao longo de vias verdes.

mais abaixo na hierarquia de resíduos, opções adicionais de reciclagem estão começando a surgir. A WindEurope, representando a indústria eólica da União Europeia, está em parceria com o European Chemical Industry Council (Cefic) e a European Composites Industry Association (EuCIA) para desenvolver novos métodos de reutilização de materiais de lâmina. As organizações estimam que 14.000 pás de turbinas eólicas serão desativadas apenas nos próximos anos na Europa. Em maio de 2020, o consórcio produziu a circularidade acelerada da Lâmina Da Turbina Eólica, um relatório abrangente que detalha o projeto, a pesquisa e as soluções técnicas focadas no ciclo de vida da turbina eólica.

uma consideração fundamental para a reciclagem de materiais compósitos é garantir que o processo de reciclagem tenha um resultado positivo líquido em comparação com a alternativa de descarte em aterros sanitários. Um exemplo vem da Alemanha, onde o conceito de reciclagem de pás de turbina em cimento foi desenvolvido pela primeira vez há cerca de uma década através de uma fábrica construída em uma parceria entre Geocycle, uma unidade de negócio de materiais de construção corporation HolcimAG, e a empresa Zajons.

esta forma de reciclagem envolve o controle da cadeia de suprimentos de descarte—incluindo serrar as pás da turbina em pedaços menores no local de descomissionamento para diminuir a logística e os custos de transporte. O processo promete 100% de reciclagem e reduções nas emissões de dióxido de carbono do co-processamento de cimento através da substituição da produção de matérias-primas de cimento pelas lâminas recicladas, além do uso de biogás de remanescentes orgânicos no lugar do carvão como combustível.

outras tecnologias, como reciclagem mecânica, solvólise e pirólise, também estão sendo desenvolvidas, o que idealmente fornecerá à indústria opções adicionais para o manuseio de lâminas de fibra de vidro quando atingirem o fim de uso.

outra opção de reciclagem criativa produz pellets ou placas que podem ser usadas em aplicações de carpintaria. Em 2019, A Global Fiberglass Solutions começou a produzir um produto chamado Pellets Ecopólio nos EUA e em breve produzirá adicionalmente uma versão em painel. Esses produtos são certificados como sendo reciclados a partir de pás de turbinas eólicas desativadas por meio de rastreamento de identificação por radiofrequência (RFID) da lâmina até o produto final. Os Pellets de ecopólio podem ser transformados em uma variedade de produtos, como paletes de Armazém, material de piso ou postes de amarração de estacionamento. Com base em suas previsões de demanda, a Global Fiberglass Solutions prevê ser capaz de processar de 6.000 a 7.000 lâminas por ano em cada uma de suas duas fábricas no Texas e Iowa.

uma abordagem adicional para a questão da reciclagem de lâminas é focar na peça inicial—do que as lâminas são feitas. Pesquisa e desenvolvimento adicionais estão procurando o uso de resina termoplástica em vez de fibra de vidro ou fibra de carbono para lâminas de turbinas eólicas. O material pode ser mais fácil e barato de reciclar.

no final, o objetivo de aumentar a inovação para aplicações de uso adicional para pás de turbina aposentadas requer uma demanda de mercado suficiente para incentivar a criação de instalações que possam reciclar as pás. Ao lado desse desafio está a falta de política nos EUA. em relação às considerações de fim de uso para pás de turbina, contribuindo ainda mais para o status quo de armazenamento ou descarte como resíduos sólidos em aterros sanitários.

alcançar 100% de Reciclabilidade de sistemas de turbinas eólicas

como discutido acima, atualmente é menos caro descartar pás de turbinas eólicas no aterro mais próximo, em vez do transporte muitas vezes de longa distância necessário para reciclagem no número limitado de instalações que podem processá-las com eficiência. A indústria, além disso, atualmente sofre com a falta de pressão regulatória ou incentivos de mercado para desenvolver totalmente outras opções de fim de uso.

duas abordagens para uma economia mais circular são uma maior comunicação ao longo da cadeia de fornecimento de turbinas eólicas e metas ambiciosas. Por exemplo, a Vestas Wind Systems A/S, uma empresa de projeto, fabricação e instalação global de turbinas eólicas, anunciou um compromisso ousado de produzir turbinas eólicas de desperdício zero até 2040. A empresa planeja conseguir isso aumentando a reciclabilidade nos próximos 20 anos, trabalhando em estreita colaboração com seus parceiros ao longo da cadeia de suprimentos para evitar qualquer incineração ou aterro de seus produtos. Mais parcerias como essas entre empresas da indústria eólica são necessárias para ajudar a preencher a lacuna e tornar os sistemas de energia eólica 100% recicláveis.Além disso, os estados dos EUA devem considerar mecanismos políticos para impulsionar o desenvolvimento do mercado de soluções alternativas, como o aumento das responsabilidades do produtor, além do descarte de pás de turbinas eólicas em aterros sanitários. Além disso, os estados poderiam contemplar maneiras de apoiar a construção de infraestrutura De Reciclagem regional—particularmente em estados com maiores porções de energia eólica, como Texas ou Iowa—para abordar o estágio de fim de uso para pás de turbinas eólicas.

consulte os outros blogs desta série para obter uma introdução à reciclagem de tecnologias de energia limpa, bem como informações adicionais sobre a reciclagem de painéis solares e baterias de armazenamento de energia.