Po latach pracy łopaty wiatrowe trafią do przemysłu tekstylnego. Niezwykły pomysł na recykling
Od 2026 r. europejska branża energetyki wiatrowej zobowiązała się, że wysłużone łopaty turbin wiatrowych nie będą już trafiać na składowiska odpadów. Finansowany przez UE projekt badawczy REWIND, w którym uczestniczą Niemieckie Instytuty Badań nad Tekstyliami i Włóknami w Denkendorf (DITF), szuka sposobu na ponowne wykorzystanie tego trudnego w recyklingu materiału kompozytowego — w tym na przetworzenie go w przędzę i tkaniny.
Łopaty turbin wiatrowych projektuje się tak, by wytrzymywały ekstremalne obciążenia mechaniczne przez 20–25 lat eksploatacji. Muszą być jednocześnie lekkie, sztywne i odporne na zmęczenie materiału. To właśnie te cechy, które czynią je skutecznymi w pracy, sprawiają ogromny problem, gdy nadchodzi czas ich wycofania z użytku.
Zgodnie z danymi zebranymi w recenzowanym przeglądzie badań opublikowanym w czasopiśmie naukowym Waste Management (ScienceDirect), globalna ilość odpadów z wysłużonych łopat turbin wiatrowych ma rosnąć bardzo szybko w najbliższych latach. Według szacunków Global Wind Energy Council (GWEC), przytoczonych w tym samym przeglądzie, roczna ilość takich odpadów na świecie wzrośnie z ok. 10 tys. ton w 2025 r. do ok. 110 tys. ton w 2030 r.
Z kolei branżowa organizacja WindEurope, zrzeszająca europejskich producentów i operatorów farm wiatrowych, szacuje, że w samej Europie roczna ilość zdemontowanych łopat wzrośnie do ok. 55 tys. ton w 2030 r., głównie za sprawą starzejących się flot turbin w Niemczech i Hiszpanii, gdzie energetyka wiatrowa rozwija się najdłużej.
To właśnie w odpowiedzi na tę rosnącą falę odpadów europejska branża wiatrowa przyjęła dobrowolne zobowiązanie do zaprzestania składowania zużytych łopat na wysypiskach. Zakaz ten obowiązuje od 1 stycznia 2026 r., choć — jak zaznacza WindEurope — ma on charakter branżowego zobowiązania, a nie prawnie wiążącego, ogólnounijnego rozporządzenia.
Z czego właściwie zbudowana jest łopata wiatraka?
Współczesna łopata turbiny wiatrowej to nie jednolity materiał, lecz precyzyjnie zaprojektowany kompozyt złożony z kilku warstw o różnych funkcjach. Według danych zebranych przez amerykański Departament Energii (w opracowaniu Renewable Energy Materials Properties Database) na jeden megawat mocy zainstalowanej przypada zwykle 7–10 ton włókien szklanych lub węglowych, 2–5 ton żywicy (najczęściej epoksydowej) oraz 1,2–1,3 tony rdzenia z drewna balsa lub pianki polimerowej.
Analiza cyklu życia typowej, 45-metrowej łopaty wiatrowej, opublikowana w recenzowanym czasopiśmie naukowym w bazie PMC amerykańskiego Narodowego Centrum Informacji Biotechnologicznej, wskazuje, że same włókna szklane i żywica epoksydowa odpowiadają łącznie za ponad 87 proc. masy łopaty. Pozostałe składniki — drewno balsa, pianka PVC, stal, aluminium oraz warstwy powłok ochronnych — stanowią razem mniej niż 13 proc. masy. Podobne proporcje potwierdza cytowane w literaturze naukowej opracowanie Jensena i Skeltona z 2018 r. 80–90 proc. masy łopaty to materiał kompozytowy, z czego 60–70 proc. przypada na włókna zbrojące, a 30–40 proc. na żywicę.
Co dokładnie utrudnia recykling?
Największym problemem recyklingowym łopat jest sama żywica epoksydowa. Jest to materiał termoutwardzalny (tzw. thermoset), którego cząsteczki po utwardzeniu tworzą trwałe, usieciowane wiązania chemiczne. W przeciwieństwie do tworzyw termoplastycznych, żywicy epoksydowej po stwardnieniu nie można ponownie stopić i uformować na nowo. Z tego powodu klasyczny recykling mechaniczny (mielenie na mniejsze fragmenty) pozwala odzyskać materiał jedynie w formie niskiej jakości wypełniacza, a nie pełnowartościowego surowca.
Jak podkreśla w swoim raporcie konsorcjum IEA Wind TCP (Task 45, działające pod egidą Międzynarodowej Agencji Energii), recykling mechaniczny pozostaje dziś najbardziej dojrzałą technologicznie metodą postępowania z wysłużonymi łopatami, ale wciąż nie jest opłacalny ekonomicznie na dużą skalę. Raport wskazuje też na konkretną barierę regulacyjną. W wielu krajach brakuje osobnego kodu odpadu dla kompozytowych materiałów z łopat wiatrowych, co komplikuje ich transport, magazynowanie i dokumentację w ramach obowiązujących przepisów o odpadach.
Do problemu dokłada się jeszcze konstrukcja samej łopaty. Różne materiały (włókna, żywica, rdzeń, powłoki) są ze sobą trwale połączone, co utrudnia ich mechaniczne rozdzielenie na czyste frakcje surowcowe, konieczne do wysokiej jakości recyklingu.
Co można dziś zrobić z takimi odpadami?
Według WindEurope ok. 90 proc. masy typowej turbiny wiatrowej (a więc nie tylko łopat, ale całej konstrukcji, łącznie ze stalową wieżą i elementami metalowymi w gondoli) można dziś poddać recyklingowi przy użyciu standardowych praktyk gospodarki odpadami. Problem dotyczy właśnie tej trudniejszej, kompozytowej części instalacji, czyli głównie łopat.
Wśród stosowanych i rozwijanych obecnie metod postępowania ze zużytymi łopatami WindEurope wymienia m.in. wcześniej wspomniane mielenie mechaniczne, pirolizę (w tym pirolizę mikrofalową), fragmentację impulsami wysokiego napięcia, solwolizę (rozkład chemiczny przy użyciu rozpuszczalników) oraz współspalanie w piecach cementowych, gdzie materiał kompozytowy służy jako paliwo alternatywne, a jego popiół trafia bezpośrednio do struktury cementu.
Na czym polega projekt REWIND?
W tym obszarze realizowany jest projekt badawczy REWIND (ang. Efficient Decommissioning, Repurposing and Recycling to increase the Circularity of End-of-Life Wind Energy Systems). Przedsięwzięcie jest finansowane przez Unię Europejską, realizowane przez konsorcjum 13 partnerów z siedmiu krajów. Oprócz niemieckiego DITF w projekcie uczestniczą m.in. hiszpański instytut badawczy AIMPLAS, francuski IPC – Centre Technique Industriel de la Plasturgie et des Composites, duńska spółka Miljoskaerm, niemiecka Hochschule Pforzheim, włoski producent pojazdów elektrycznych Alke Electric Vehicles, francuska grupa Suez oraz kilka mniejszych firm technologicznych i badawczych, w tym Bcircular, Composite Patch, R-Nanolab, CiaoTech-Gruppo PNO i AEMAC.
Konsorcjum opracowało już model przewidujący właściwości mechaniczne odzyskanych materiałów z dokładnością przekraczającą 90 proc. Uzyskane recyklaty z łopat mogłyby nadawać się do wymagających zastosowań, np. w pojazdach elektrycznych czy jako materiał izolacyjny.
Naukowcy z DITF skupili się na opracowaniu przędzy i tkanin z odzyskanych włókien szklanych i węglowych, przeznaczonych do nowych komponentów lub zestawów naprawczych dla turbin wiatrowych. W pierwszym etapie zbadano, do jakich metod przetwarzania odzyskane włókna w ogóle się nadają.
Zespół badawczy prowadzi prace dwutorowo. W pierwszej ścieżce odzyskane włókna szklane są wstępnie rozdrabniane, czesane, przędzone na przędzę, a następnie przetwarzane na tkaniny zbrojone w jednym lub dwóch kierunkach. Pierwszym kamieniem milowym było opracowanie przędzy z odzyskanych włókien szklanych i poliamidu-6 (rGF/PA6) o zawartości włókna ok. 40 proc., nadającej się do zastosowań w kompozytach termoplastycznych, np. w elementach konstrukcyjnych motoryzacji.
Naukowcom udało się też wyprodukować przędzę zawierającą aż 98 proc. odzyskanych włókien szklanych i wykonać z niej tkaninę o równoległej orientacji włókien (tzw. tkaninę UD). Jest to pierwszy dowód na to, że z recyklingowanych włókien szklanych można wytworzyć precyzyjnie zorientowane struktury zbrojące, dopasowane do konkretnych obciążeń mechanicznych.
Druga ścieżka badawcza dotyczy tzw. taśm LFD (long-fiber delamination) — nowej klasy półproduktów tekstylnych, wystrugiwanych bezpośrednio z w pełni utwardzonych, zbrojonych włóknem szklanym łopat wiatrowych (GFRP). Naukowcy sprawdzają obecnie, na ile te półprodukty nadają się jako wysokowydajne struktury zbrojące w nowych kompozytach.
Wyzwanie, które może wpłynąć na zrównoważony rozwój OZE
Recykling łopat turbin wiatrowych to jeden z tych problemów transformacji energetycznej, które rzadko trafiają na pierwsze strony, a mają realne znaczenie dla wiarygodności całej branży OZE. Energetyka wiatrowa bywa krytykowana właśnie za to, że jej „czystość” kończy się w momencie wytwarzania prądu, a zaczyna budzić wątpliwości, gdy trzeba zutylizować wysłużoną infrastrukturę. Chodzi oczywiście o łopaty kompozytowe, które ze względu na swoją trwałą, usieciowaną strukturę chemiczną są dziś jednym z najtrudniejszych odpadów przemysłowych do przetworzenia w gospodarce o obiegu zamkniętym.
Projekty takie jak REWIND pokazują, że odpowiedzią na ten problem nie jest jedna uniwersalna technologia, lecz cały wachlarz uzupełniających się rozwiązań — od prostszego współspalania w cementowniach, przez recykling mechaniczny, po bardziej zaawansowane metody chemiczne i termiczne, a wreszcie próby odzyskania z łopat pełnowartościowego surowca włókienniczego, nadającego się do zastosowań równie wymagających jak przemysł motoryzacyjny.
To, czy europejska branża wiatrowa rzeczywiście zdoła dotrzymać dobrowolnego zobowiązania do zaprzestania składowania łopat na wysypiskach, będzie w najbliższych latach ważnym testem wiarygodności deklaracji o pełnej cyrkularności sektora OZE. Jak przyznaje sama IEA Wind, na przeszkodzie stoi dziś wciąż nie tylko technologia, ale i luki w prawie odpadowym.
Patrycja Rapacka
patrycja.rapacka@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy E-Magazyny Sp. z o.o.
