Переработка лопастей ветрогенераторов: от цемента до новых лопастей

Крупные производители ветрогенераторов всерьёз задумались о том, чтобы сделать ветрогенерацию ещё более «зелёной». Необходимость в этом стала очевидной, когда турбины первых крупных ветропарков подошли к порогу выработки своего ресурса.

С одной стороны, ВЭС использует для производства электричества полностью возобновляемую «зелёную» энергию ветра. С другой – при изготовлении каждого ветрогенератора, имеющего колоссальные размеры, используется не только сталь, но и трудноперерабатываемые композиты. Усугубляет проблему технологический прогресс, который требует регулярной замены устаревающего оборудования на более новое и мощное.

Такое положение вещей, естественно, идёт вразрез с идеями снижения углеродного следа, безотходности производства и экономики замкнутого цикла, поэтому уже два крупнейших производителя ветрогенераторов – Vestas (член РАВИ) и Siemens Gamesa (член РАВИ) включили решение этой проблемы в собственные концепции устойчивого развития.

В планах Vestas и Siemens Gamesa сделать ветрогенераторы на 100% перерабатываемыми к 2040-му году, а уже к 2030-му вывести на рынок полностью перерабатываемые лопасти.

На одном из летних вебинаров, проводимых РАВИ для своих членов, специалист компании Vestas Алан Поульсен (Allan K. Poulsen) подробно рассказал о существующих на сегодня возможностях для переработки ветрогенераторов, а также о том, как в Vestas работают над достижением их полной переработки в промышленных масштабах.

Вторичная переработка «списанной» ветроэнергетической установки – сложный процесс. Хотя бы потому, что она состоит примерно из 25000 (!) деталей. Выстраивание стратегии по заданному направлению в Vestas начали с оценки существующей ситуации, которая показала: сегодня компания перерабатывает лишь 26% массы ВЭУ. Тем не менее с помощью уже существующих технологий можно перерабатывать от 85 до 90% массы ветрогенератора. При этом оставшиеся 10-15% приходятся, в основном, на огромные, но одновременно лёгкие и прочные лопасти, которые производятся из термореактивных эпоксидных композитов. Композиты определяют эти свойства, но при этом крайне сложно перерабатываются.

В мировом масштабе в ветряных турбинах в настоящее время используется примерно 2,5 миллиона тонн композитных материалов. Сразу оговоримся: ветроэнергетика производит гораздо меньше композитных отходов по сравнению с другими отраслями – строительством, производством электроники, авто- и судостроением. Тем не менее, для ветроэнергетики как представителя «зелёного кластера» важно обеспечить наличие устойчивых решений по переработке всех материалов, используемых в ВЭУ, а с учётом лавинообразного развития отрасли эта ответственность становится всё более обоснованной.

В компании Vestas решили сфокусироваться на том, чтобы, во-первых, сделать лопасти более перерабатываемыми, а во-вторых, сделать их легко перерабатываемыми. Существующая технология переработки лопастей далека от совершенства – она крайне энергоёмкая и предусматривает последующее захоронение части отходов. Поскольку Концепция устойчивого развития Vestas требует полного отказа от сжигания и захоронения отходов, технологию переработки необходимо совершенствовать. Кроме того, для экономики замкнутого цикла важно, чтобы в ходе переработки лопастей можно было получить материалы для дальнейшего производства тех же лопастей.

Чтобы решить эту задачу, Vestas участвует в нескольких партнёрских проектах, один из них – DecomBlades, целью которого является разработка доступных, рентабельных и экологически безопасных решений по переработке лопастей ветряных турбин. Данная инициатива в Дании поддержана на государственном уровне и получила финансирование в рамках программы датского инновационного фонда Grand Solutions. Как и Vestas, участвующие в проекте компании работают по всему миру и имеют возможность в глобальном масштабе внедрять решения, которые помогут ветроэнергетике перейти к экономике замкнутого цикла.

Поиск решения для переработки лопастей оказался настолько важным для производителей ветрогенераторов, что DecomBlades объединил непосредственных конкурентов – Vestas, Siemens Gamesa, LM Wind Power, а также Ørsted A/S, крупнейшего в мире владельца и разработчика оффшорных ветряных электростанций.

«Объединение конкурентов» ради общей цели поддержали передовые перерабатывающие компании, к примеру, MAKEEN Power, участвуя в DecomBlades, возглавляет работы по технологии пиролиза. В числе её задач – разработка и реализация пилотного проекта пиролизной установки для переработки композитных материалов.

Компания HJHansen Recycling взяла на себя совершенствование технологий дробления композитов для удобства транспортировки на переработку, а также изучение рынка использования измельчённых лопастей в новых продуктах. FLSmidth исследует возможности использования измельчённых композитных материалов и продуктов пиролиза в процессе производства цемента.

Участие в DecomBlades принимают и представители науки. Университет Южной Дании (SDU) проводит оценку экологических и экономических показателей различных цепочек поставок с точки зрения оптимальной переработки композитных материалов. Технический университет Дании (DTU) занимается оценкой свойств повторно используемого стекловолокна и изучением возможностей повышения качества волокон, полученных в результате пиролиза. Возможности технических решений, найденных в ходе проекта DecomBlades, позднее проанализирует и объединит Энергетический кластер Дании (ECD).

Проект DecomBlades рассчитан на три года, и найденные в ходе его работы решения позволят полностью, без сжигания и захоронения отходов, перерабатывать лопасти ветрогенераторов, что само по себе чрезвычайно важно. Тем не менее, они на позволяют достичь более амбициозной цели – безотходного производства лопастей из переработанных лопастей.

Для этого, а точнее для создания экономики замкнутого цикла в ветроэнергетическом секторе, Vestas в сотрудничестве с отраслевыми и научными экспертами работает над ещё одним проектом – Circular Economic for Thermoset Epoxy Composites (CETEC). Его цель в течение трёх лет предоставить промышленное решение переработки лопастей без потери качества.

Инновационная технология CETEC предполагает двухэтапный процесс переработки. Композиты лопастей на первом этапе разделяются на волокно и эпоксидную смолу. Далее с помощью химических процессов смолы разделяются на более простые компоненты. Метод позволяет повторно использовать стекловолокно и эпоксидные смолы без потери качества для производства новых лопастей. Цикл, таким образом, замыкается.

После того, как технология «рециркуляции лопастей» от CETEC будет полностью отработана и внедрена в производство, она откроет новые перспективы в сфере переработки композитов для отраслей, помимо ветроэнергетики, где альтернативные технологии рециркуляции, такие как сольволиз и пиролиз, ещё не получили промышленного внедрения.

Vestas, максимально используя существующие на сегодня технологии переработки лопастей и активно участвуя в разработке новых, необходимых для экономики замкнутого цикла, прогнозирует: в течение ближайших 7–20 лет – переработка лопастей станет менее энергоёмкой, а спрос на полученные в ходе переработки материалы возрастёт. Кроме того, изменятся сами ВЭУ – их конструкции станут легче разбираться и перерабатываться, что существенно приблизит компанию к созданию экономики замкнутого цикла.