Recycling von Windkraftanlagen

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1 Recycling von Windkraftanlagen Prof. Dr.-Ing. Jörg Woidasky Dipl.- Ing. Elisa Seiler Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) Umwelt-Engineering Pfinztal bei Karlsruhe Fraunhofer ICT Hamburg T.R.E.N.D. - Wertstoff Elektroschrott

2 Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie Angewandte Forschung für -Kunststofftechnik -Umwelttechnik -Spreng- und Explosivstofftechnik -Batterien und Brennstoffzellen 2

3 Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie 3

4 Werkstoffe zur Herstellung von Windkraftanlagen Typische Massenanteile Beton Stahl Verbundwerkstoffe E-Komponenten Kupfer Aluminium PVC Betriebsflüssigkeiten % % 2-3 % < 1 % < 1 % < 1 % < 1 % < 1% 4

5 Entsorgungswege für Komponenten aus Windkraftanlagen Beton Stahl Verbundwerkstoffe E-Komponenten Kupfer Aluminium PVC Betriebsflüssigkeiten Wiederverwendung X X Verwertung stofflich energetisch X X X X X X X X X Beseitigung X 5

6 Erwartete zu entsorgende Rotorblattmengen ( End of life ) in Deutschland Rotorblattmenge in t/a Mg Jahr zu entsorgenden Masse Mengen Rotorblattmaterial an Rotorblättern 6

7 Akteure im Windkraftbereich Halbstrukturierte Befragung zur Entsorgung von WEA von insgesamt 17 Unternehmen Materialhersteller Rotorblatthersteller Wartungsunternehmen Anlagenhersteller Anlagenbetreiber Komponentenhersteller Entsorgungsunternehmen Behörden 7

8 Befragungsergebnisse: Entsorgung von Anlagen Praktisch keine End-of-life -Erfahrungen Laufzeit von 20 Jahren zur betriebswirtschaftlichen Berechnung, Betriebszeit länger Verantwortung der Entsorgung von WKA liegt beim Betreiber Bildung von Rückstellungen während des Betriebs Bei den Marktführern (z.b. Enercon, Vestas) spielt Entsorgung zunehmend eine große Rolle (Forschungsthema) 8

9 Befragungsergebnisse: Entsorgung von Rotorblättern Entsorgung über Reparatur-/ Wartungsunternehmen bzw. Hersteller (Zulieferer) möglich Bei Schädigung eines Blattes ist der komplette Satz unbrauchbar Rotorblätter werden mehrfach repariert Produktionsabfall ( off-spec ) Laufzeit der Rotorblätter durch sehr gute Wartung länger als 20 Jahre Quelle: Quelle: 9

10 Möglichkeiten der hochwertigen Verwertung von Rotorblättern Lagerung zur Wiederverwendung? Ablagerung (nicht in D) Produkte Energie Fasern zum Wiedereinsatz Harz (?) Organische Füllstoffe (PVC Schaum, Balsaholz) Mineralische Baustoffzuschläge und Füllstoffe MVA, EBS 10

11 Möglichkeiten der hochwertigen Verwertung von Rotorblättern Compocycle- Verfahren (Zajons/ Holcim) Produkte Energie Fasern zum Wiedereinsatz Harz (?) Organische Füllstoffe (PVC Schaum, Balsaholz) Mineralische Baustoffzuschläge und Füllstoffe 11

12 Stand der Technik bei der Entsorgung von Rotorblattmaterial Quelle: Schmidl, E.: Verwertung von faserverstärkten Kunststoffen. Vortrag auf der AVK-Tagung am 26./ , Stuttgart 12

13 Molecular Sorting Demonstratoren für übermorgen Hybridmaterialien Design for recycling Faser- u. Metallrecycling Flammschutzmittelrec. Altholz Holzverwertung (stoffl.) Kaskade Metall-Rückgewinnung Hochtransparentes Glas Sortieren in der Schmelze Pigment-Maskierung MVA-Schlacke Mineralien-Verwertung Zement, Baustoff Metall-Rückgewinnung 13 Niedrig konzentrierte Metall-Lösungen Bioleaching, Adsorption Elektrophorese Heißgasprozesse Sensoren, Filter Metall-Rückgewinnung Mineral-Rückgewinnung

14 Möglichkeiten der hochwertigen Verwertung von Rotorblättern Lagerung zur Wiederverwendung? Ablagerung (nicht in D) Produkte Energie Fasern zum Wiedereinsatz Harz (?) Organische Füllstoffe (PVC Schaum, Balsaholz) Mineralische Baustoffzuschläge und Füllstoffe 14

15 Möglichkeiten der hochwertigen Verwertung von Rotorblättern Vorbereitung Identifikation von Materialbereichen Vorzerkleinerung Abbruchzange Trennschleifer Wasserstrahlschneiden Energetische Demontage Seilsäge Feinzerkleinerung Elektrodyn. Fragmentierung Mechanische Zerkleinerung Mikrobiologie Fasertrennung Mikrobiologie Mechanische Trennung Pyrolyse Solvolyse Produkte Energie Fasern zum Wiedereinsatz Harz (?) Organische Füllstoffe (PVC Schaum, Balsaholz) Mineralische Baustoffzuschläge und Füllstoffe Legende: Versuche mit Rotorblattmaterial erfolgt Versuche mit Verbundmaterialien (GFK) erfolgt 15

16 Möglichkeiten der hochwertigen Verwertung von Rotorblättern Vorbereitung Identifikation von Materialbereichen Vorzerkleinerung Abbruchzange Trennschleifer Wasserstrahlschneiden Energetische Demontage Seilsäge Feinzerkleinerung Elektrodyn. Fragmentierung Mechanische Zerkleinerung Mikrobiologie Fasertrennung Mikrobiologie Mechanische Trennung Pyrolyse Solvolyse Produkte Energie Fasern zum Wiedereinsatz Harz (?) Organische Füllstoffe (PVC Schaum, Balsaholz) Mineralische Baustoffzuschläge und Füllstoffe Legende: Versuche mit Rotorblattmaterial erfolgt Versuche mit Verbundmaterialien (GFK) erfolgt 16

17 Identifikation von Materialbereichen: Werthaltige Zonen Werthaltige Anteile: Stahl (Flanschbereich) Blitzschutz (Kupfer, Stahl, Aluminiumprofile), Fasern (v.a. im Gurtbereich) Gurtbereiche (Endlosfasern/Rovings oder Gelege) zur Aufnahme der Kräfte in Längsrichtung Matrixmaterial (30-50 Gew.-%: Epoxid- u. Polyesterharz) Fasermaterial (35-75 Gew.-%: Glasfasern, Carbonfasern) Faseranteile Zone 1: 51% Zone 2: 75% Zone 2: 52% 17

18 Energetische Demontage Einsatz konventioneller Sprengschnüre Variation der Ladungsgeometrie Kombination mit Wasser zur Staubbindung möglich besonders geeignet für dünnes Material mit PVC-Schaum als Füllstoff Gute Trennung von Materialbereichen 18

19 Elektrodynamische Fragmentierung Grundprinzip Plasmakanäle und daraus entstehende Schockwellen breiten sich aus Quelle aller Abb.: Firmeninformationen Fa. SelFrag (Kerzers/Schweiz) Zerfall des Materials Hochspannungspulserzeuger (~ 200 kv) Hochspannungsimpuls Kaskadengenerator Prozessbehälter mit Elektroden 19

20 Elektrodynamische Fragmentierung Versuchsergebnisse Ausgangsmaterial 1. Behandlung (Verbundauftrennung) 2. Behandlung (GF-Delaminierung) 20

21 Zusammenfassung Zunehmende Relevanz des Themas Entsorgung bzw. End of life bei den beteiligten Akteuren (Noch) keine spezifischen rechtlichen Regelungen zur Entsorgung von WKA Derzeitige WKA-Recyclingquote 80-90% (bezogen auf die Gesamtanlage) Großer Anteil an WKA aus dem Repowering auf dem Sekundärmarkt (Verkauf ins Ausland) Komplette WKA nur vereinzelt zur Entsorgung, jedoch zunehmender Druck auch durch Produktionsabfälle Derzeitige Entsorgungsmöglichkeiten Rotorblätter: Kombination energetisch/stoffliche Verwertung (Compocycle) und ggf. Verbrennung oder Einsatz als EBS(-Anteil) 2024: Rotorblattmengen zur Entsorgung > t/a Keine Möglichkeit zur Faser-Rückgewinnung in technischem Maßstab

22 Ausblick: Forschungsaktivitäten für Verbundwerkstoffe Ziel ist eine weitestgehende stoffliche und hochwertige Verwertung des Materials Haupt-Anforderung an die Aufbereitungstechnologie ist eine maximale Faserlänge sowie definierte Faser- Oberflächeneigenschaften Derzeitige Entwicklungen Zukünftige Entwicklungen Prinziplösung vorhanden

23 Dank Wir danken der Fraunhofer-Gesellschaft für die Förderung der Arbeiten im Programm Märkte für Übermorgen und dem gesamten Molecular Sorting -Team: Braunschweig Dresden Karlsruhe Pfinztal Stuttgart Würzburg Holzkirchen Kontakt: Dipl.-Ing. Elisa Seiler, Tel. 0721/ , 23