Rückbau und Recycling von Windenergieanlagen Status Quo und Herausforderungen

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1 Rückbau und Recycling von Windenergieanlagen Status Quo und Herausforderungen Brechen & Sieben Fachaustausch zum End-of-Life von Windenergieanlagen 04. September 2018, Bremen Fachagentur Windenergie an Land e.v. und EnergieAgentur.NRW Prof. Dr.-Ing. Henning Albers, Dr. Frauke Germer, Kalle Wulf B.Sc. Hochschule Bremen, Institut für Umwelt- und Biotechnik

2 Darum geht s

3 Die Gretchenfrage und das Recyclingdilemma Ein Thema: mindestens zwei Meinungen. Herwart Wilms (Remondis) Quelle: Capital Quelle: windkraft-journal Hermann Albers (Bundesverband Windenergie)

4 Inhalt 1 Einleitung 2 Zusammensetzung Windenergieanlagen und Materialeinsatz 3 Prognose zu Rotorblattmassen 4 Kreislaufwirtschaft: Recycling 5 Schlussfolgerungen 6 Was folgt?

5 Status quo: Altersstruktur der WEA nach installierter Leistung Quelle: Fraunhofer IEE (2018)

6 Massenabschätzung Rotorblätter Herausforderung: kaum Primärangaben zur Datenlage Lösungsansatz: Abschätzungen und Prognosen Material Anteil [Massen- %] Masse pro Anlage bei Nennleistung < 1 MW [Mg] Stoffliche Verwertungsquote [Massen-%] summierte Schätzung Beton ca ,8 Stahl, Gusseisen ca ,0 Betriebsflüssigkeiten < 1 ca. 0,2 55,1 Elektrokomponenten < 1 keine Angaben Kupfer < 1 ca. 1,4 55,3 Aluminium < 1 ca. 0,2 55,3 PVC < 1 ca. 0,4 55,4 Verbundwerkstoffe 2-3 ca. 9,2 57,0 Erfassungsquote 95 %, Wiedereinsatzquote 60 % ca. 327

7 Aufbau Rotorblatt Quelle: Quelle Fotos: SGL-Rotec Quelle Fotos: SGL-Rotec

8 Prognose Rotorblattmassen (I) Status: Einflussfaktoren: kw: 60 % Repowering nach 15 Jahren, 40 % Laufzeitende nach 20 Jahren EEG-Förderung, davon 90 % "Second-Life" kw: 10 % Repowering nach 15 Jahren, 90% Laufzeitende nach 20 Jahren EEG-Förderung, b davon 10% "Second-Life" ab 2001 kw: kein Repowering, kein "Second-Life, 100 % Laufzeitende nach 20 Jahren EEG-Förderung Annahme: 1 MW = 10 Mg Rotorblattmaterial

9 Prognose Rotorblattmassen (II) Einflussfaktoren: EEG-Förderung Repowering Laufzeitverlängerung Genehmigungssituation Windparkstandort und Windzone Second Life Beobachtungen: Für Anlagen < 1 MW gibt es einen Second Life Markt Anlagen < 1 MW werden länger als 20 Jahre betrieben Repowering forciert den Abbau der Anlagen (~ Jahre Lebenszeit) Die Regelungen des EEG 2012 mit Repowering-Bonus wirken sich deutlich auf die Laufzeit aus. Tendenz: Es ist festzustellen, dass zu den aktuellen Marktkonditionen für die Mehrzahl von Alt - Windenergieanlagen kein rentabler Weiterbetrieb nach 2020 möglich ist. Quelle: Deutsche Windguard, 2016

10 Rückbauablauf onshore (I) Quelle: Deutsche Windtechnik AG (2015) Quelle: Deutsche Windtechnik AG (2015)

11 Rückbauablauf onshore (II) Herausforderungen: Rückbauverfahren Rückbaugenehmigung oder -anzeige Bemessung der finanziellen Rückstellungen Grundstückszustand nach Rückbau Lösungsansatz: Anforderungskonzept im Sinne von BVT? Quelle: Deutsche Windtechnik AG (2015)

12 Kreislaufwirtschaft - Gesetzlicher Rahmen Kreislaufwirtschaftsgesetz (KrWG) Abfallhierarchie Produkt (Nicht-Abfall) Vermeidung Abfall Vorbereitung zur Wiederverwendung Recycling Sonstige Verwertung Beseitigung Quelle: European Commission (2015) 1. Priorität: Materialeffizientes Rotorblatt und Laufzeitverlängerung 2. Priorität: Second Life 3. Priorität: Recycling

13 Stand der Technik: Verwertung von Rotorblättern Quelle: swb-entsorgung (2015) Produkt (Nicht-Abfall) Vermeidung Abfall Vorbereitung zur Wiederverwendung Recycling? Second-Life Sonstige Verwertung Beseitigung Energetisch-stoffliche Verwertung Zementwerk Lägerdorf Quelle: European Commission (2015) Quelle: Geocycle (2015) Deponieverordnung (DepV) 2009: Organischer Anteil darf nicht mehr als 5 % ausmachen. Energetische Verwertung nach dem KrWG 2012 ab: H U : >11 MJ/kg, R1: > 0,65

14 Aufbereitung Herausforderung: Wirtschaftliche, ressourcenschonende Vorzerkleinerung und Weiterverarbeitung der Rotorblätter Beispiel neocomp Bremen Lösungsansatz: Marktdurchdringung Quelle: Neowa (2017)

15 Energetische Verwertung Herausforderung: Zurückbleibende Fasern durch unvollständige Verbrennung verursachen Probleme: verstopfen Filteranlagen verursachen im Fall von Carbonfasern Kurzschlüsse, Stromausfälle oder sogar Brände in elektrostatischen Abscheidern (Limburg/Quicker, 2016) zurückbleibende Carbonfaser-Emissionen sind möglicherweise krebserregend Bei der Verbrennung von CFKhaltigen Abfällen in SMVA wurden alveolengängige Fasern (< 3 µm) in der Schlacke gefunden. (LAGA, 2015) Carbonfasersplitter in SMVA Schlacke (Limburg /Quicker 2016) Lösungsansatz: Forschung und Entwicklung Immissionsschutzrechtliche Bewertung der Problematik fehlt bisher LAGA Adhoc-AG zu Faserverbünden: Arbeiten nach unserem Kenntnisstand abgeschlossen

16 Recycling Herausforderung: Keine Technologie für ein stoffliches Recycling von GFK, im Sinne von Faser zu Faser, vorhanden Marktpotential für recycelte Glasfasern schlecht Lösungsansatz: Weiterentwicklung der Technologien zur stofflichen Verwertung (mechanische Feinzerkleinerung, thermische Verfahren wie Pyrolyse, chemische Verfahren wie Solvolyse, ) Verfahren zur Verbesserung der Qualität/Stoffeigenschaften der recycelten Fasern (Bsp.: Chemisches Ätzen, Post-Silanisierung) Marktanalyse der erneuten Verwendung von Glasfasern in Abhängigkeit der erreichten Stoffeigenschaften

17 Recyclingprozess Optionen nach wissenschaftlichen Untersuchungen Quelle: Spörlein (2017)

18 Qualität/Stoffeigenschaften der recycelten Fasern Herausforderung: Beim thermischen Recyclingverfahren verschlechtern sich wichtige Eigenschaften der Fasern (Zugfestigkeit und Funktionalität der Oberflächenstruktur). Lösungsansatz: Chemisches Ätzen: 1 % (v/v) HF- Lösung Faserstärke, bzw. Zugfestigkeit regeneriert sich, gleichzeitig Verringerung des Faserdurchmessers Post-Silanisierung: 1 % (v/v) % APS-Lösung Reaktivierung der Silanschlichte. Die Schlichte ist wichtig für eine gute Faser-Matrix-Adhesion. HT heat-treated: 500 C for 25 etching: 1 v% HF solution for 2.5 silanisation: 1 v% APS for 15 Quelle: Yang et al. (2015)

19 Fazit (I) Ziele, Aufgaben, Verantwortlichkeiten nicht einheitlich und klar: wer? was? wie? Abfallströme und Behandlungstechnologien und -kapazitäten unterliegen verschiedenen Mechanismen, z. B.: Repowering Gesetzesänderungen in Abfallrecht und Energierecht (KrWG & EEG) Internationale Second-Life Market Mechanismen insgesamt sind steigende und flukturierende Materialströme zum Ende des Jahrzehnts onshore zu erwarten

20 Fazit (II) Second-Life -Strategien und Märkte sind momentan schwer abschätzbar, aber möglicherweise insgesamt rückläufig Stofflich/Energetische Verwertungstechnologien am Markt verfügbar stoffliche Verwertung im Sinne von Faser zu Faser erst in wissenschaftlichen Untersuchungen Die Windenergieanlagen sind (noch) nicht komplett grün Die Sicherstellung von Wiederverwendung und Recycling ist weiterhin eine anspruchsvolle Aufgabe

21 Die Gretchenfrage und das Recyclingdilemma Ein Thema: mindestens zwei Meinungen. Herwart Wilms (Remondis) Quelle: Capital Quelle: windkraft-journal Hermann Albers (Bundesverband Windenergie)

22 RecycleWind Verwertungsnetzwerk RecycleWind - selbstlernend und resilient - Verwertungsnetzwerk einzuhaltende Rahmenbedingungen bzgl. Material, Energie, Klimaschutz, Kosten Dienstleistung Beratung der Akteure Netzwerkbildung Monitoring der Stoffflüsse Ableiten von Resilienz- und Lenkungsstrategien (flexible und marktbasierte Quoten, EPD, Ausgleichsfond, Pufferlösungen )

23 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt: Prof. Dr.-Ing. Henning Albers Tel.: Fax:

24 Literatur Capital (2017): Windräder können wir nicht recyceln Artikel Heft 02 Februar 2017 Deutsche WindGuard GmbH (2016), Status des Windenergieausbaus an Land in Deutschland, Varel. Unter: Windenergieausbau-an-Land-Jahr-2015.pdf (Abruf: ) Deutsche Windtechnik (2015): Bilder zur Verfügung gestellt von Deutsche Windtechnik AG, Bremen European Commission (2015) Directive 2008/98/EC on waste (Waste Framework Directive) (Abruf: ) fk-wind (ohne Jahr): Datenbank, Hochschule Bremerhaven, Institut für Windenergie, Bremerhaven Fraunhofer IEE (2018) Windenergie Report Deutschland 2017, Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE, Hg Kurt Rohrig, Fraunhofer Verlag Stuttgart Sauer, M. & Kühnel, M.(2017). Composites-Marktbericht 2017 Marktentwicklungen, Trends, Ausblicke und Herausforderungen. Neowa (2017): Bilder zur Verfügung gestellt von Neowa GmbH, Lüneburg Rotortechnik.at (2016). Unter: (Abruf: ) Spörlein, M. (2017): Recycling Rotorblätter: Mechanisch-thermisch-chemische Aufarbeitung glasfaserverstärkter Kunststoffe (GFK), Projektbericht, Hochschule Bremen, Masterstudiengang Umwelttechnik, Bremen swb-entsorgung (2015) Funktionsschema MHKW, (Abruf: ) Windkraft-Journal (2017): Alte Windkraftanlagen sind sehr gut recyclingbar (Abruf: ) Yang, L., Sáez, E.R., Nagel, U. und Thomason J.L. (2015) Can thermally degraded glass fibre be regenerated for closed-loop recycling of thermosetting composites? Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, volume 72,