– Prowadzimy badania mające na celu wdrożenie do przemysłu technologii recyklingu zużytych łopat wiatraków – mówi nam prof. dr hab. inż. Barbara Tora z Wydziału Inżynierii Lądowej i Gospodarki Zasobami Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Z przewodniczącą Rady Naukowej i członkiem Rady Nadzorczej 2LOOP TECH S.A. rozmawiamy o nowoczesnych rozwiązaniach związanych z recyklingiem urządzeń stosowanych w OZE.

SABIRAB/Pixabay

Co się teraz robi ze zużytymi czy zepsutymi panelami fotowoltaicznymi w Polsce?

Moc zainstalowana fotowoltaiki w Polsce na koniec lipca 2022 r. wyniosła 10,6 GW. Dynamiczny wzrost liczby instalowanych paneli obserwuje się od kilku lat, czemu wydatnie sprzyjają dotacje z programu Mój Prąd. Żywotność paneli jest szacowana na 25-30 lat, co oznacza, że w perspektywie kilku lat zaczną powstawać odpady w postaci zużytych paneli. O ile energia wytwarzana w ogniwach fotowoltaicznych jest czystą energią, o tyle powstające odpady nie są obojętne dla środowiska. Zgodnie z ustawą o odpadach odpady z instalacji PV są zaliczane do elektroodpadów.

Czy są jakieś technologie odzysku surowców z instalacji fotowoltaicznych?

Dotychczas opracowane technologie odzysku surowców z instalacji fotowoltaicznych pozwalają na uzyskanie wydajności recyklingu rzędu 96 proc. Prowadzone są prace nad doskonaleniem procesów (m.in. przez AGH i 2LOOP TECH S.A.). Ich celem jest opracowanie bezodpadowej technologii recyklingu instalacji PV. Nowoczesne podejście do odpadów obejmuje w pierwszym etapie ponowne wykorzystanie (reuse) paneli fotowoltaicznych – w trakcie eksploatacji panele tracą wydajność, niemniej nawet przy niższej wydajności produkują prąd. Można sobie wyobrazić ich zastosowanie u mniej wymagających klientów. Podobnie jak używane samochody znajdują nowych właścicieli.

Czy w Polsce są firmy, które się tym zajmują?

W Polsce istnieje szereg firm, które specjalizują się w utylizacji elektroodpadów. W instalacjach do recyklingu elektroodpadów przerabia się zużyty sprzęt RTV i AGH, a także panele fotowoltaiczne. Aktualnie nie ma na rynku krajowym wyspecjalizowanych firm zajmujących się panelami PV.

A jak to wygląda w Europie?

Pierwszy zakład recyklingu krzemowych paneli fotowoltaicznych w Europie powstał we Francji (w miejscowości Rousette) w 2018 r. Właścicielem jest firma Veolia. W 2019 r. firma przetworzyła 5 tys. ton paneli.

Na czym polega proces recyklingu paneli?

Technologie przetwórstwa paneli obejmują zarówno procesy mechaniczne, jak i fizykochemiczne. Surowce odzyskane ze zużytych paneli mogą być wykorzystane ponownie do produkcji paneli. Krzemowe panele fotowoltaiczne składają się z: 76 proc. – szkło (możliwość odzysku 95 proc.), 10 proc. – plastik (odzysk termiczny 100 proc.), 8 proc. – aluminium (możliwość odzysku 100 proc.), 5 proc. – krzem (odzysk 85 proc.), 1 proc. – inne metale (odzysk 100 proc.).

Czy wiatraki podlegają recyklingowi?

Standardowy okres eksploatacji turbiny wiatrowej wynosi około 20-25 lat, dla niektórych turbin wiatrowych to nawet 35 lat. Zwiększają się też możliwości repoweringu, czyli zastępowania starych modeli nowszymi i bardziej wydajnymi, które mogą zwiększyć wydajność farmy wiatrowej dwukrotnie. Niemniej w procesie repoweringu powstają odpady, które należy poddać recyklingowi. Z raportu WindEurope pt. „Accelerating Wind Turbine Blade Circularity” wynika, że choć branża dobrze sobie radzi z recyklingiem wycofywanych już z eksploatacji turbin wiatrowych, to jednak dalsze działania badawczo-rozwojowe są potrzebne, by doprowadzić do komercjalizacji innowacyjnych rozwiązań. W raporcie zapisano, że elementy możliwe do przetworzenia stanowią od 85 do 90 proc. masy całej elektrowni wiatrowej. Większość elementów turbiny wiatrowej – fundament, wieża i elementy gondoli – są poddawane recyklingowi. Największy problem jest z łopatami wirnika, a to za sprawą tego, że do ich produkcji używa się materiałów kompozytowych. Mają one mnóstwo zalet w użytkowaniu, za to już w przetwarzaniu są problematyczne. Obecnie w sektorze energii wiatrowej na całym świecie jest ok. 2,5 mln ton materiału kompozytowego w użyciu. WindEurope szacuje, że około 14 tys. turbin wirników może zostać wycofanych z eksploatacji do 2023 r., co odpowiada masie 40-60 tys. ton. Po roku 2035 około 225 tys. ton zużytych śmigieł elektrowni wiatrowych w skali świata powinno zostać poddanych recyklingowi. Obecnie 90 proc. masy turbin znajduje ponowne zastosowanie. Problemem pozostaje jedynie przetworzenie śmigieł wiatraków. Istotą problemu jest materiał, z jakiego są wykonane. Śmigła starszej generacji wykonane są z kompozytów napełnianych włóknem szklanym, a te najnowocześniejsze włóknem węglowym. Wkraczamy więc w obszar materiałów kompozytowych, które ze względu na swoje unikatowe właściwości (niski ciężar, wysoka wytrzymałość i sztywność) odgrywają ważną rolę w wielu gałęziach przemysłu, np. budownictwie, elektronice czy transporcie morskim. Mają mnóstwo zalet i jedną wadę: bardzo trudno poddać je recyklingowi.

Czy są dostępne technologie ich recyklingu?

Możliwe są trzy sposoby postępowania z tymi materiałami: składowanie, obróbka termiczna lub recykling. Przez wysoką zawartość części organicznej (30 proc.), którą stanowi żywica i drewno wchodzące w skład kompozytów stosowanych do wyrobu śmigieł, pierwsza opcja jest praktycznie wykluczona ze względu na regulacje zawarte w Ramowej Dyrektywie Odpadowej (zakaz składowania odpadów z dużą zawartością frakcji organicznej plus wysokie opłaty za ewentualne składowanie). Obecnie najbardziej rozpowszechnioną metodą zagospodarowania zużytych łopat elektrowni wiatrowych jest ich obróbka termiczna, zwłaszcza w procesie kogeneracji. Jednakże ponad 60 proc. kompozytowego złomu pozostaje po obróbce termicznej śmigieł w postaci wypalonych włókien szklanych, a nawet popiołu, który jest trudny do zagospodarowania. W zależności od rodzaju popiołu zostaje on najczęściej skierowywany na składowisku odpadów. Odzyskane włókna szklane mogą być wykorzystywane jako substytut materiałów konstrukcyjnych, aczkolwiek charakteryzuje się częściową utratą parametrów wytrzymałościowych oraz brakiem stosownych certyfikatów. Alternatywą dla powyższych sposobów zagospodarowania jest recykling materiałowy lub surowcowy. Jak dotąd jedynie 30 proc. odpadów z tworzyw sztucznych wzmacnianych włóknem szklanym jest ponownie używane do wytwarzania nowych kompozytów. Większość trafia do cementowni, gdzie wykorzystywana jest w procesie produkcji cementu. Dodatkową trudność stanowi fakt, że śmigła wyeksploatowanych turbin wiatrowych przed transportem do miejsc przetwarzania muszą zostać pocięte, co powoduje dodatkowe obciążenie dla środowiska z powodu nakładów energetycznych oraz emisji pyłów, jak również zagrożenia dla zdrowia zatrudnionych pracowników.

Na czym polega ten recykling?

Recykling mechaniczny kompozytów wzmacnianych włóknem szklanych polega na kruszeniu materiału przy użyciu kruszarek młotkowych, w wyniku czego następuje częściowe oddzielenie żywicy od włókna matrycy. Mankamentem tego procesu są uszkodzenia włókien, a zmielone włókna często zawierają pozostałości żywicy. Uzyskany w ten sposób recyklat mógłby znaleźć zastosowanie np. do budowy silosów, zbiorników, laminatów jako wzmocnienia żywic propylenowych czy do izolacji składowisk odpadów. Można go też wykorzystywać jako podsypkę do budowy dróg czy element wzmacniający beton. Ciągle jednak poszukiwane są metody recyklingu pozwalające na usuwanie żywicy z włókien bez obawy o zmniejszenie ich wyjściowych właściwości. Wykorzystuje się pirolizę oraz pirolizę mikrofalową. Są to jednak techniki wysokokosztowe, dlatego ich komercjalizacja nastręcza wiele trudności. Aktualnie główną technologią recyklingu opadów kompozytowych jest wykorzystanie ich w produkcji cementu.

Czy w takim razie mamy problem z odpadami wiatrakowymi, czy nie?

Dotąd zużyto setki tysięcy łopat turbin wiatrowych, nie wiadomo jednak, co z nimi zrobić. Nierzadko dłuższe od skrzydeł samolotu części wiatraka zbudowane są z włókna szklanego, wzmocnionego żywicą epoksydową i drewnem balsa. Dzięki temu wiatraki wytrzymują nawet najgorsze warunki pogodowe, jak huragany, ale z tego samego powodu są niezwykle trudne do utylizacji. Żeby pociąć je na mniejsze fragmenty i wywieźć z farmy, potrzebna jest piła przemysłowa z diamentowym ostrzem, a i tak później trudno je przetworzyć. W rezultacie więc łopaty lądują na wysypiskach. Większość firm szuka sposobu na ich recykling, ale nie jest to łatwe. W Unii Europejskiej regulacje dotyczące tego, co może trafiać na wysypisko, są bardzo surowe, dlatego próbuje się spalać niektóre śmigła w piecach cementowych lub elektrowniach. Niestety pochłania to dużo energii, a włókno szklane emituje zanieczyszczenia. Jest to więc wątpliwa metoda. Amerykański start-up Global Fiberglass Solutions ogłosił niedawno, że opracował metodę łamania łopat i sprasowywania ich tak, żeby mogły być wykorzystywane np. jako materiały budowlane. Technika ta wciąż jednak jest na etapie testów. 85 proc. elementów turbin wiatrowych nadaje się do recyklingu. Stal, miedź, części elektroniczne i silnika mogą zostać przetworzone i użyte na nowo. Największe problemy stwarza włókno szklane, czyli podstawowy komponent łopat.

Jak można efektywnie pozbyć się problemu?

Niemcy wpadli na pomysł sprzedaży starych instalacji do krajów byłego bloku wschodniego, Europy Południowo-Wschodniej, czy nawet do Ameryki Łacińskiej i Azji. Takie działanie może jednak przynieść efekty odwrotne do zamierzonego. Kiedy kilka lat temu polscy inwestorzy kupili stare instalacje wiatrowe i zainstalowali je w Polsce, powstały hałas (z wiatraków i medialny) pomógł wprowadzić regulacje drastycznie hamujące możliwości rozwoju technologii wiatrowej (ustawa 10H), mimo że elektrownie nowej generacji emitują znacznie mniej hałasu i działają znacznie efektywniej. Konsorcjum AGH 2LOOP TECH opracowało i opatentowało sposób wykorzystania odpadowych łopat wiatraków jako zbrojenia rozproszonego do betonu. Rozdrobnienie łopat odbywa się w hermetycznej instalacji kruszącej wyposażonej w piłę diamentową. Aby uniknąć pylenia, cięcie łopat jest prowadzone w osłonie wodnej.

Rozmawiał Tomasz Cukiernik

 

BARBARA TORA

– profesor zwyczajny i pracownik Wydziału Inżynierii Lądowej i Gospodarki Zasobami Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie oraz przewodnicząca Rady Naukowej i członek Rady Nadzorczej 2LOOP TECH S.A.
Autorka ponad 300 publikacji, w tym pięciu monografii.
Jej artykuły ukazały się m.in. w czasopismach branżowych, opracowaniach kongresowych i konferencyjnych oraz w materiałach międzynarodowych.
W ramach realizacji prac naukowych i badawczych wykonała ponad 100 prac naukowych wdrożeniowych na rzecz przemysłu.
Poprzedni artykułStacje kontroli pojazdów toną w długach
Następny artykułZmiany w CIT i przedłużenie tarczy antyinflacyjnej już opublikowane