Vindturbinblad behöver inte hamna på deponier

Detta är en av fyra bloggar i en serie som undersöker aktuella utmaningar och möjligheter för återvinning av ren energiteknik. Se introduktionsposten, liksom andra poster på solpaneler och energilagringsbatterier. Särskilt tack till Jessica Garcia, UCS sommar 2020 Midwest Clean Energy Policy Fellow, för forskningsstöd och medförfattande av dessa inlägg.

vindkraftverk har ökat i storlek och kvantitet för att möta kraven på ren energikapacitet

Modern vindkraft omvandlar den kinetiska (rörelse) energin från vind till mekanisk energi. Detta händer genom vridning av stora glasfiberblad, som sedan snurrar en generator för att producera el. Vindkraftverk, som de är kända, kan placeras på land eller offshore.

vindkraft beräknas fortsätta växa i USA fram till 2050. Den senaste Marknadsrapporten för Vindteknik som utarbetats av Lawrence Berkeley National Laboratory fann att vindenergipriserna alltid är låga, och för 2019 kom 7.3 procent av elproduktionen i USA från vind. I det här blogginlägget kommer vi att undersöka landbaserade vindkraftverk och de återvinningsmöjligheter som finns men ännu inte är allmänt implementerade för turbinbladen.

Vindturbinkonstruktioner har utvecklats över tid för att öka i storlek och effektivitet, vilket i slutändan leder till större produktionskapacitet. Principen utformningen av kommersiella turbiner idag är horisontell axel vindkraftverk som består av en rotor med tre glasfiberblad fäst vid ett nav, som i sig är fäst vid en central Bit (nacellen) som är monterad på ett ståltorn. Olika andra maskiner och betongfundament ingår också i modern vindturbindesign, som inkluderar över 8 000 delar per turbin.

Vindturbinblad i den befintliga amerikanska flottan är i genomsnitt cirka 50 meter långa, eller cirka 164 fot (ungefär bredden på en amerikansk fotbollsplan). Och med de senaste trenderna att använda längre blad på större turbiner och högre torn för att öka elproduktionen når några av de största bladen som produceras idag 60-80 meter långa.

när det gäller hållbarhet håller vindkraftverk i genomsnitt cirka 25 år. Cirka 85 procent av turbinkomponentmaterialen—som stål, koppartråd, elektronik och växellåda—kan återvinnas eller återanvändas. Men bladen är olika eftersom de består av glasfiber (ett kompositmaterial) för att vara lätta för effektivitet men ändå hållbara nog att motstå stormar. Bladmaterialets blandade natur gör det svårt att separera plasten från glasfibrerna för att återvinna till ett fungerande glasfibermaterial—och styrkan som behövs för bladen innebär att de också är fysiskt utmanande att bryta isär.

var hamnar begagnade vindturbinblad nu?

vindturbinblad kräver bortskaffande eller återvinning när turbinerna avvecklas i slutet av användningen, eller när vindkraftparker uppgraderas i en process som kallas repowering. Repowering innebär att hålla samma plats och ofta underhålla eller återanvända den primära infrastrukturen för vindkraftverk men uppgradera med större kapacitet turbiner. Bladen kan ersättas med mer moderna och vanligtvis större blad. Hur som helst, glasfiberbladen, när de inte längre behövs, utgör den största utmaningen för slutanvändningshänsyn för vindkraft.

även om det är möjligt att skära bladen i några stycken på plats under en avvecklings-eller repowering-process, är bitarna fortfarande svåra och kostsamma att transportera för återvinning eller bortskaffande. Och processen att skära de extremt starka bladen kräver enorm utrustning som fordonsmonterade trådsågar eller diamanttrådsågar som liknar vad som används i stenbrott. Eftersom det finns så få alternativ för återvinning av bladen för närvarande lagras de allra flesta av dem som når slutanvändning antingen på olika platser eller tas till deponier.

Bloomberg Green rapporterade faktiskt tidigare i år om vindturbinblad som bortskaffades på deponier. Även om avfallsströmmen bara representerar en liten del av det amerikanska kommunala fasta avfallet, är det helt klart inte en idealisk situation. När vindkraftverk avvecklas eller byts ut uppstår behovet av mer kreativa återvinningslösningar för begagnade blad.

den goda nyheten är att vissa ansträngningar för att utveckla alternativ pågår. Två stora verktyg i USA, PacificCorp och MidAmerican Energy, till exempel, har nyligen meddelat planer på att samarbeta med Tennessee-företaget Carbon Rivers för att återvinna några av de verktyg som används turbinblad istället för att deponera dem. Tekniken som används av Carbon Rivers stöds genom bidragsfinansiering av US Department of Energy och kommer att användas för att bryta ner och återanvända glasfiber från begagnade turbinblad.

nya innovationer inom glasfiberåtervinning

medan den sammansatta naturen hos glasfiberturbinblad gör dem notoriskt svåra att hantera i slutet av användningen, kan intresset för att hitta alternativ också gnista kreativitet och innovation. Till exempel utvecklade ett partnerskap som involverade universitet i USA, Irland och Nordirland, Re-wind, några intressanta civilingenjörsprojekt för att återanvända och återanvända glasfiberblad. Dessa inkluderar att använda avvecklade blad i anläggningsprojekt som en del av kraftledningsstrukturer eller torn, eller tak för akut eller prisvärda bostäder. I Nordirland överväger Re-wind också att lotsa dem för användning i gångbroar längs greenways.

längre ner i avfallshierarkin börjar ytterligare återvinningsalternativ dyka upp. WindEurope, som representerar Europeiska unionens vindindustri, samarbetar med European Chemical Industry Council (Cefic) och European Composites Industry Association (EuCIA) för att utveckla nya metoder för att återanvända Bladmaterial. Organisationerna uppskattar att 14 000 vindturbinblad kommer att avvecklas under de närmaste åren bara i Europa. I maj 2020 producerade konsortiet Accelerating Wind Turbine Blade Circularity, en omfattande rapport som beskriver design, forskning och tekniska lösningar med fokus på vindturbinens livscykel.

en viktig faktor för återvinning av kompositmaterial är att säkerställa att återvinningsprocessen har ett positivt resultat jämfört med alternativet att kassera i deponier. Ett exempel kommer från Tyskland, där konceptet att återvinna turbinblad till cement först utvecklades för ungefär ett decennium sedan genom en anläggning byggd under ett partnerskap mellan Geocycle, en affärsenhet för byggmaterialföretaget HolcimAG och företaget Zajons.

denna form av återvinning innebär kontroll av försörjningskedjan för bortskaffande—inklusive sågning av turbinbladen i mindre bitar vid avvecklingsplatsen för att minska transportlogistiken och kostnaderna. Processen lovar 100 procent återvinning och minskningar av koldioxidutsläpp från cementsambearbetning genom att ersätta produktion av cementråvaror med de återvunna bladen, plus användningen av biogas från organiska rester i stället för kol som bränsle.

andra tekniker som mekanisk återvinning, solvolys och pyrolys utvecklas också, vilket idealiskt ger industrin ytterligare alternativ för hantering av glasfiberblad när de når slutanvändning.

ett annat kreativt återvinningsalternativ producerar pellets eller brädor som kan användas i snickeriapplikationer. Under 2019 började Global Fiberglass Solutions producera en produkt som heter EcoPoly Pellets i USA och kommer snart att producera en panelversion. Dessa produkter är certifierade som återvunna från avvecklade vindturbinblad genom radiofrekvensidentifiering (RFID) spårning från bladet till slutprodukten. EcoPoly Pellets kan omvandlas till en mängd olika produkter som lagerpallar, golvmaterial eller parkeringspollar. Baserat på sina efterfrågeprognoser räknar Global Fiberglass Solutions med att kunna bearbeta 6 000 till 7 000 blad per år vid var och en av sina två fabriker i Texas och Iowa.

ett extra tillvägagångssätt för bladåtervinningsfrågan är att fokusera på den första delen—vad bladen är gjorda av. Ytterligare forskning och utveckling undersöker att använda termoplastiskt harts istället för glasfiber eller kolfiber för vindturbinblad. Materialet kan vara enklare och billigare att återvinna.

i slutändan kräver målet att öka innovationen mot ytterligare användningsapplikationer för pensionerade turbinblad att det finns tillräckligt med efterfrågan på marknaden för att stimulera skapandet av anläggningar som kan återvinna bladen. Vid sidan av denna utmaning finns en brist på politik i USA. när det gäller slutanvändningshänsyn för turbinblad, vilket ytterligare bidrar till status quo för lagring eller bortskaffande som fast avfall på deponier.

att uppnå 100 procent återvinningsbarhet för vindturbinsystem

som diskuterats ovan är det för närvarande billigare att kassera vindturbinblad i närmaste deponi snarare än de ofta långväga transporter som krävs för återvinning i det begränsade antalet anläggningar som kan bearbeta dem effektivt. Branschen lider dessutom för närvarande av brist på reglerande tryck eller marknadsincitament för att fullt ut utveckla andra slutanvändningsalternativ.

två tillvägagångssätt för en mer cirkulär ekonomi är ökad kommunikation längs vindkraftverkets försörjningskedja och ambitiösa mål. Till exempel meddelade Vestas Wind Systems A/S, ett vindturbindesign, tillverkning och globalt installationsföretag, ett djärvt åtagande att producera vindkraftverk med noll avfall år 2040. Företaget planerar att uppnå detta genom att öka återvinningsbarheten under de kommande 20 åren genom ett nära samarbete med sina partners längs leveranskedjan för att i slutändan undvika förbränning eller deponering av sina produkter. Fler partnerskap som dessa mellan vindindustriföretag behövs för att hjälpa till att fylla klyftan och göra vindkraftssystem 100 procent återvinningsbara.

amerikanska stater bör också överväga politiska mekanismer för att driva marknadsutveckling av alternativa lösningar, såsom ökat producentansvar, utöver bortskaffande av vindturbinblad i deponier. Stater kan dessutom överväga sätt att stödja byggandet av regional återvinningsinfrastruktur—särskilt i stater med större delar av vindkraft som Texas eller Iowa—för att ta itu med slutanvändningsstadiet för vindturbinblad.

se de andra bloggarna i denna serie för en introduktion till återvinning av ren energiteknik, samt ytterligare information om återvinning av solpaneler och energilagringsbatterier.