Recycling von Windenergieanlagen: Erfahrungen aus dem Onshore-Bereich und Ausblicke auf den Rückbau von Offshore-Windenergieanlagen

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1 Quelle: Institut für Umwelt- und Biotechnik Recycling von Windenergieanlagen: Erfahrungen aus dem Onshore-Bereich und Ausblicke auf den Rückbau von Offshore-Windenergieanlagen Prof. Dr.-Ing. Henning Albers Saskia Greiner M.Sc. Hochschule Bremen, Institut für Umwelt- und Biotechnik 11. November 2014 OFFSHORE HUB EMS-ACHSE MARIKO Leer Institut für Umwelt- und Biotechnik

2 Inhalt Institut für Umwelt- und Biotechnik 1. Grundfragen 2. Ziele, Aufgaben, Verantwortlichkeiten 3. Einflüsse und Massenströme am Beispiel von Glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) 4. Entsorgungstechnologien 5. Perspektiven für Offshore 2/35

3 Was machen wir offshore? Analyse von Betriebsprozessen: Abfallwirtschaftskonzepte 3/x

4 Hintergrund und Anspruch Institut für Umwelt- und Biotechnik Kreislaufwirtschaftsgesetz KrWG (2012): 1. Vermeidung 2. Vorbereitung zur Wiederverwendung 3. Recycling 4. Sonstige Verwertung 5. Beseitigung Welche Ansprüche sind an Windenergieanlagen zu stellen? Materialeffizienz 4/35

5 Grundfragen beim Recycling Institut für Umwelt- und Biotechnik 1. Welche Ziele, Aufgaben und Verantwortlichkeiten haben die einzelnen Beteiligten in der Prozesskette? 2. Welche Abfälle aus welchen Bauteilen fallen zu welchen Zeiten in welchen Massenströmen und Qualitäten am Ende des Lebenszyklus an? 3. Welche Recyclingwege mit welchen Technologien müssen zur Verfügung stehen? 4. Welche Märkte und Einsatzzwecke stehen für die Recyclate zur Verfügung? 5/35

6 Grundfrage 1: Institut für Umwelt- und Biotechnik 1. Welche Ziele, Aufgaben und Verantwortlichkeiten haben die einzelnen Beteiligten in der Prozesskette? 2. Welche Abfälle aus welchen Bauteilen fallen zu welchen Zeiten in welchen Massenströmen und Qualitäten am Ende des Lebenszyklus an? 3. Welche Recyclingwege mit welchen Technologien müssen zur Verfügung stehen? 4. Welche Märkte und Einsatzzwecke stehen für die Recyclate zur Verfügung? 6/35

7 Entsorgungssystem 7/36

8 Entsorgungssystem 23 Produktverantwortung (1) Wer Produkte entwickelt, herstellt, beoder verarbeitet, trägt zur Erfüllung der Ziele der Kreislaufwirtschaft die Produktverantwortung.... (4) Die Bundesregierung bestimmt durch Rechtsverordnung..., welche Verpflichteten die Produktverantwortung... zu erfüllen haben. 8/36

9 Wer ist zur Zeit in der Regel verantwortlich? Vorprodukthersteller (z.b. Harz- und Faserhersteller) Rotorblatthersteller, andere Komponentenhersteller Anlagenhersteller, Tragstruktur- bzw. Gründungshersteller Windparkentwickler Windparkbesitzer Windparkbetreiber End-of-Life Abfall zur Verwertung oder Beseitigung? 9/35

10 Wer wird in Zukunft verantwortlich? Komponentenhersteller Anlagenhersteller Windparkbesitzer Regelung in Vertragsbeziehungen Abfall zur Verwertung oder Beseitigung? Erfahrungen zeigen, dass Verantwortlichkeiten immer weiter auf die Hersteller des kompletten Produktes übertragen werden, z.b. Altauto, Elektronikschrott,...! 10/35

11 Wer wird in Zukunft verantwortlich? Komponentenhersteller Anlagenhersteller Windparkbesitzer Regelung in Vertragsbeziehungen Abfall zur Verwertung oder Beseitigung? Erfahrungen zeigen, dass Verantwortlichkeiten immer weiter auf die Hersteller des kompletten Produktes übertragen werden, z.b. Altauto, Elektronikschrott,...! 11/35

12 Grundfrage 2: Institut für Umwelt- und Biotechnik 1. Welche Ziele, Aufgaben und Verantwortlichen haben die einzelnen Beteiligten in der Prozesskette? 2. Welche Abfälle aus welchen Bauteilen fallen zu welchen Zeiten in welchen Massenströmen und Qualitäten am Ende des Lebenszyklus an? 3. Welche Recyclingwege mit welchen Technologien müssen zur Verfügung stehen? 4. Welche Märkte und Einsatzzwecke stehen für die Recyclate zur Verfügung? 12/35 12/35

13 Rückbau & Materialverwertung von WEA Tragstruktur, Gründungselement Material Stahl, Grout, Stahlbeton Demontage Abbruch Aufbereitung Zerlegung in mobilen oder stationären Aufbereitungsanlagen Entsorgung Verwertung als Sekundär-Rohstoffe 13/35

14 Rückbau & Materialverwertung von WEA Tragstruktur, Gründungselement Material Stahl, Grout, Stahlbeton Demontage Abbruch Aufbereitung Zerlegung in mobilen oder stationären Aufbereitungsanlagen Entsorgung Verwertung als Sekundär-Rohstoffe Demontage Entsorgung Turm Material Baustahl mit Epoxidharzbeschichtung Demontage der Turmsegmente und Zerkleinerung vor Ort Verwertung als Sekundärrohstoffe durch Stahlindustrie 14/35

15 Rückbau & Materialverwertung von WEA Tragstruktur, Gründungselement Getriebe Material Material Stahl, Grout, Stahlbeton Gußeisen, Stähle, Öle Demontage Abbruch Aufbereitung Zerlegung in Aufbereitung Metallfraktionen Zerlegung oder in mobilen oder stationären Aufarbeitung der Aufbereitungsanlagen Verschleißteile Entsorgung Entsorgung Verwertung Verwertung als als Sekundär-Rohstoffe Sekundärrohstoffe oder Wiederverwendung nach Aufarbeitung Material Baustahl mit Epoxidharzbeschichtung Demontage Demontage der Turmsegmente und Zerkleinerung vor Ort Entsorgung Turm Verwertung als Sekundärrohstoffe durch Stahlindustrie 15/35

16 Rückbau & Materialverwertung von WEA Tragstruktur, Gründungselement Getriebe Material Material Stahl, Grout, Stahlbeton Gußeisen, Stähle, Öle Demontage Abbruch Aufbereitung Zerlegung in Aufbereitung Metallfraktionen Zerlegung oder in mobilen oder stationären Aufarbeitung der Aufbereitungsanlagen Verschleißteile Entsorgung Entsorgung Verwertung Verwertung als als Sekundär-Rohstoffe Sekundärrohstoffe oder Wiederverwendung nach Aufarbeitung Turm Generator Material Baustahl mit Material Epoxidharzbeschichtung Gußeisen, Kupfer, Elektronik Demontage Demontage der Aufbereitung Turmsegmente und Zerlegung Zerkleinerung vor Ort Materialfraktionen Entsorgung oder Verwertung als Aufarbeitung der Sekundärrohstoffe durch Verschleißteile Stahlindustrie Entsorgung Verwertung als Sekundärrohstoffe oder Wiederverwendung nach Aufarbeitung 16/35

17 Rückbau & Materialverwertung von WEA Tragstruktur, Gründungselement Getriebe Material Material Stahl, Grout, Stahlbeton Gußeisen, Stähle, Öle Demontage Abbruch Aufbereitung Zerlegung in Aufbereitung Metallfraktionen Zerlegung oder in mobilen oder stationären Aufarbeitung der Aufbereitungsanlagen Verschleißteile Entsorgung Entsorgung Verwertung Verwertung als als Sekundär-Rohstoffe Sekundärrohstoffe oder Wiederverwendung nach Aufarbeitung Turm Elektronikbauteile Generator Material Bauteile Baustahl mit Netzanbindung, Material Epoxidharzbeschichtung Steuer- / Regelungseinheiten Gußeisen, Kupfer, Elektronik Demontage Problematik Demontage der Werkstoffvielfalt, Aufbereitung Turmsegmente und Vielzahl von Fügestellen, Zerlegung Zerkleinerung vor Ort Materialfraktionen Schadstoffgehalte Entsorgung oder Aufbereitung Verwertung als Aufarbeitung der Zerlegung, Zerkleinerung Sekundärrohstoffe durch Verschleißteile Separierung in Materialfraktionen Stahlindustrie Entsorgung Entsorgung Verwertung als Kunststoffe: Sekundärrohstoffe Stoffliche & oder energetische Verwertung Wiederverwendung nach Metalle: Aufarbeitung Stoffliche Verwertung der Einzelfraktionen 17/35

18 Rückbau & Materialverwertung von WEA Turm Tragstruktur, Gründungselement Elektronikbauteile Getriebe Material Generator Material Bauteile Material Baustahl mit Stahl, Grout, Stahlbeton Rotorblatt Netzanbindung, / Gondel Material Epoxidharzbeschichtung Gußeisen, Stähle, Öle Steuer- / Regelungseinheiten Gußeisen, Kupfer, Demontage Material Elektronik Demontage Abbruch Problematik Aufbereitung GFK, (Metalle, PVC, Holz, PUR) Demontage der Werkstoffvielfalt, Aufbereitung Turmsegmente und Zerlegung in Vielzahl von Fügestellen, Zerlegung Zerkleinerung vor Ort Aufbereitung Metallfraktionen Materialfraktionen Schadstoffgehalte Zerlegung oder in mobilen Aufbereitung Entsorgung oder oder stationären Aufarbeitung der Aufbereitung Verwertung als erste kommerzielle Aufarbeitung der Aufbereitungsanlagen Verschleißteile Zerlegung, Zerkleinerung Sekundärrohstoffe durch Verschleißteile Verwertungsverfahren Stahlindustrie Entsorgung Separierung in Materialfraktionen Entsorgung Alternativ: neue Werkstoffe Entsorgung Verwertung Verwertung als als Entsorgung Verwertung als Sekundär-Rohstoffe Sekundärrohstoffe Kunststoffe: Sekundärrohstoffe oder Entsorgung Stoffliche & oder energetische Wiederverwendung nach Verwertung Stoffl. oder Energet. Verwertung Wiederverwendung nach Aufarbeitung Metalle: Aufarbeitung oder thermische Beseitigung Stoffliche Verwertung der Einzelfraktionen 18/35

19 Waste management Rückbau und Zerlegung riesiger Recycling and Strukturen disposal Auswertung offshore weltweit Quelle: FhG-IWES (2014) Institut für Umwelt- und Biotechnik 55 m Rotorblatt einer 6 MW Maschine fk-wind 19/28

20 Gesamter Materialeinsatz Windenergieanlagen in Deutschland Institut für Umwelt- und Biotechnik Onshore: Gesamt-Materialeinsatz 14,5 Mio. Mg bei MW Nennleistung Stand: 2009 [Steger et al., 2011] Offshore: Abschätzung aus REpower 5M und Multibrid M5000 Windpark alpha ventus ca Mg pro Anlage [Wagner, 2012] Stand Oktober 2014 [ 2014]: Betrieb: 146 Anlagen mit 628 MW Nennleistung Bau: ca. 570 Anlagen mit ca MW Nennleistung Planung: bis zu MW Gesamt-Materialeinsatz bisher: 1,2 Mio. Mg 20/28

21 Spezifischer Materialeinsatz Windenergieanlagen in Deutschland Institut für Umwelt- und Biotechnik Onshore: ca. 600 Mg pro MW Nennleistung Offshore: ca. 340 Mg pro MW Nennleistung Offshore ist deutlich materialeffizienter Spannende Frage: wieviel Material verbleibt als in den Meeresboden eingebrachte Bestandteile der Gründung im Meeresboden (BSH-Nebenbestimmung 24)? 21/28

22 Entsorgungssystem Verwertung und Beseitigung Institut für Umwelt- und Biotechnik 22/35

23 Kreislaufwirtschaftsgesetz als Rahmen für Entsorgungsoptionen Institut für Umwelt- und Biotechnik KrW-/AbfG KrWG (seit ) Neue 5-stufige Prioritäteneinteilung: stärkeres Gewicht - auf Vermeidung - Wiederverwendung - Stoffliche Verwertung Die Regelungen des KrWG sind auch in der AWZ gültig zusätzlich BSH-Genehmigungen NB 24: - nachweislich - ordnungsgemäß an Land zu entsorgen 23/35

24 Installierte Leistung MW/a Traditionelle Massenabschätzung Installierte Leistung pro Jahr Institut für Umwelt- und Biotechnik 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1, Jahre (onshore) bzw. 25 Jahre (offshore) Lebensdauer Quelle: WindEnergy-Study (2006) Jahr 24/35

25 Rotorblattmaterial Mg/a Traditionelle Massenabschätzung Erwartete Rotorblattmaterialmenge in Deutschland Institut für Umwelt- und Biotechnik 60,000 50,000 40,000 30,000 20,000 10,000 Quelle: WindEnergy-Study 2006 fk-wind Datenbank 0 Sonstiges Jahr 25/35

26 Rotorblattmaterial Mg/a Traditionelle Massenabschätzung Erwartete Rotorblattmaterialmenge in Deutschland Institut für Umwelt- und Biotechnik 60,000 50,000 40,000 30,000 20,000 10,000 Quelle: WindEnergy-Study 2006 fk-wind Datenbank 0 Kernmaterial Sonstiges Jahr 26/35

27 Rotorblattmaterial Mg/a Traditionelle Massenabschätzung Erwartete Rotorblattmaterialmenge in Deutschland Institut für Umwelt- und Biotechnik 60,000 50,000 40,000 30,000 20,000 10,000 Quelle: WindEnergy-Study 2006 fk-wind Datenbank 0 Harze und Beschichtung Kernmaterial Sonstiges Jahr 27/35

28 Rotorblattmaterial Mg/a Traditionelle Massenabschätzung Erwartete Rotorblattmaterialmenge in Deutschland Institut für Umwelt- und Biotechnik 60,000 50,000 40,000 30,000 20,000 10,000 0 fibres Quelle: WindEnergy-Study 2006 fk-wind Datenbank resin and coating core material others Jahr 28/35

29 Erweiterter Ansatz zur Abschätzung Randbedingungen Heute werden größere Anlagen gebaut Der Zuwachs an Nennleistung wird z.t. mit weniger, z.t. aber auch mit dem gleichen oder sogar höherem spezifischen Materialaufwand erreicht Repowering, z.b. gemäß Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), beeinflusst die Abfallströme Wiederverwendung ( Second-Life ) ist ein Einflussfaktor auf die Abfallmassen onshore 29/35

30 Erweiterter Ansatz zur Abschätzung Kennzahlen bei Onshore-Anlagen Quelle: Fraunhofer IWES, Windenergiereport Deutschland (2012) 30/35

31 Erweiterter Ansatz zur Abschätzung Repowering Jahr Neue WEA-insg. Abgebaute WEA Repowering Quelle: Ender (2012), Ender (2013) Halbjahr Das EEG 2012 beschleunigte den Abbau, insbesondere durch das Repowering [Neddermann 2014], aber kein Repowering-Bonus mehr im EEG /35

32 Erweiterter Ansatz zur Abschätzung Randbedingungen der WEA Einflussfaktoren auf Repowering- und Wiederverwendungsoptionen: Alter Genehmigungssituation Leistungsklasse Nabenhöhe Rotordurchmesser Marktwert Zustand der Anlage Anlagenstandardisierung und -dokumentation Triebfaktoren: Alter, Leistungsklasse, Hersteller und Typ 32/35

33 Erweiterter Ansatz zur Abschätzung Berechnungstool (1) Quelle: Wessels (2011) Erläuterung: ; ; ; : Leistungsklasse 33/35

34 Erweiterter Ansatz zur Abschätzung onshore Berechnungstool Institut für Umwelt- und Biotechnik Quelle: Wessels (2011), Böhm (2012) Abfallmassenströme zur Verwertung bei Repowering nach 10 bis 15 Jahren Lebensdauer Szenario: Wiederverwendung (und Zwischenlagerung) bis zu 90% 26/35

35 Grundfrage 3: Institut für Umwelt- und Biotechnik 1. Welche Ziele, Aufgaben und Verantwortlichen haben die einzelnen Beteiligten in der Prozesskette? 2. Welche Abfälle aus welchen Bauteilen fallen zu welchen Zeiten in welchen Massenströmen und Qualitäten am Ende des Lebenszyklus an? 3. Welche Recyclingwege mit welchen Technologien müssen zur Verfügung stehen? 4. Welche Märkte und Einsatzzwecke stehen für die Recyclate zur Verfügung? 29/35 35/35

36 Energetische/Stoffliche Verwertung und thermische Beseitigung bei GFK-Material z. Zt. gängige Entsorgungswege Institut für Umwelt- und Biotechnik Kombination aus energetischer Verwertung und stofflicher Verwertung in einem Zementwerk nach weitgehender Vorzerkleinerung Zajons bzw. geocycle (Hamburg) Müllheizkraftwerke bzw. Müllverbrennungsanlagen nur für geringe Massen an vorzerkleinerten Rotorblattmaterialien und Produktionsabfälle 30/35

37 Grundfrage 4: Institut für Umwelt- und Biotechnik 1. Welche Ziele, Aufgaben und Verantwortlichen haben die einzelnen Beteiligten in der Prozesskette? 2. Welche Abfälle aus welchen Bauteilen fallen zu welchen Zeiten in welchen Massenströmen und Qualitäten am Ende des Lebenszyklus an? 3. Welche Recyclingwege mit welchen Technologien müssen zur Verfügung stehen? 4. Welche Märkte und Einsatzzwecke stehen für die Recyclate zur Verfügung? wäre ein weiterer Vortrag 31/35 37/35

38 Perspektiven für Offshore (1) Die Regelungen des KrWG sind auch in der AWZ gültig Momentan liegt die Rückbauverantwortlichkeit beim Genehmigungsinhaber Ziele, Aufgaben, Verantwortlichkeiten nicht einheitlich und klar: wer? was? wie? Abfallströme und Behandlungstechnologien und kapazitäten unterliegen verschiedenen Mechanismen, z.b. durch Repowering Gesetzesänderungen in Abfallrecht und Energierecht (KrWG & EEG) Internationale Second-Life Market Mechanismen aber, insgesamt sind steigende Materialströme zum Ende des Jahrzehnts onshore und etwa ab (bei Repowering: 2030) 2040 offshore zu erwarten 33/35

39 Perspektiven für Offshore (2) Die rückzubauenden und zu verwertenden Massen sind erheblich, werden aber das Entsorgungssystem wohl nicht überlasten Second-Life -Strategien und Märkte sind momentan schwer vorstellbar, aber möglicherweise interessant Repowering ist offenbar schon mitgedacht (siehe Erläuterungen zu NB 24 der BSH-Genehmigungen) Die Rückbauprozesse für Tragstrukturen und Gründungselemente sind wohl eher unklar Es gibt auch in diesem Rückbau-Thema wichtige technische Innovationen, z.b. Suction Caissons 34/35

40 Environmentally Compatible Foundations with Suction Caissons in Offshore Windfarms ECoFound.SC 90 m Turmhöhe 130 m Rotordurchmesser 40 m Wassertiefe Tragstruktur Gründungselemente ECoFound.SC

41 Wasser Abpumpen Unterdruck (Deinstallation mit Überdruck) Starke Grundwasserströmung Bodengefügestörung ECoFound.SC

42 Kontakt Institut für Umwelt- und Biotechnik Danke für Ihre Aufmerksamkeit Prof. Dr.-Ing. Henning Albers Tel.: 0421/ Fax: 0421/ /35

43 Literatur Böhm, A. (2012): Massenströme bei Rotorblättern von Windkraftanlagen: Entwicklung von Szenarien und Implementierung in ein Prognosetool, Masterthesis, Hochschule Bremen, Masterstudiengang Umwelttechnik, Bremen Ender, C. (2012): Wind Energy Use in Germany Status , DEWI-Magazin No Wilhelmshaven Ender, C. (2013): Wind Energy Use in Germany Status , DEWI-Magazin No Wilhelmshaven fk-wind (ohne Jahr): Datenbank, Hochschule Bremerhaven, Institut für Windenergie, Bremerhaven Fraunhofer IWES (2012): Windenergie Report pdf Fraunhofer IWES (2014): Windmonitor age_nr=425&lang=en, letzter Zugriff: Internationales Wirtschaftsforum Regenerative Energien (IWR) (2014): Offshore- Windenergie.net letzter Zugriff: Neddermann, B. (2014): Status of Repowering in 2013, DEWI-Magazin No. 44, Wilhelmshaven 35/35

44 Literatur Steger, S. et al. (2011): Materialbestand und Materialflüsse in Infrastrukturen Meilensteinbericht des Arbeitspakets 2.3 des Projekts Materialeffizienz und Ressourcenschonung (MaRess) Wuppertal-Institut für Klima, Umwelt, Energie GmbH Wagner, H.-J. et al. (2012): Die Ökobilanz des Offfshore-Windparks alpha ventus 2. Auflage Berlin: LIT-Verlag Wessels, D. (2011): Recycling von Rotorblättern Potenziale und technische Möglichkeiten, Masterthesis, Hochschule Bremen, Masterstudiengang Umwelttechnik, Bremen Windenergy Study (2006): WindEnergy-Studie Markteinschätzung der Windindustrie bis zum Jahr 2014, DEWI, Wilhelmshaven, 35/35