prof. dr hab. Zenon FoltynowiczPracownik Katedry Jakości Produktów Przemysłowych i Opakowań Uniwersytetu Ekonomicznego w Poznaniu
Teraz Środowisko: Przykłady Niemiec czy Danii pokazują, że coraz bardziej palącym problemem staje się zagospodarowanie zużytych łopat turbin wiatrowych (potocznie zwanych śmigłami). Czy Polski ten problem już dotyczy?
Zenon Foltynowicz (ZF): Z doniesień literaturowych wynika, że branża wiatrowa całkiem dobrze radzi sobie z zagospodarowaniem wycofywanych z eksploatacji turbin wiatrowych.Obecnie 90 proc. masy turbin znajduje ponowne zastosowanie. Problemem pozostaje jedynie przetworzenie śmigieł wiatraków. Mówiąc w skrócie, sednem problemu jest materiał, z jakiego są wykonane. Otóż śmigła starszej generacji wykonane są z kompozytów napełnianych włóknem szklanym, a te najnowocześniejsze już 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.
Jeśli chodzi o Polskę, to parki wiatrowe są rzeczywiście stosunkowo nowe, ale nie zapominajmy, że część stawianych wiatraków miała montowane nie nowe, a używane wcześniej przez wiele lat zagranicą, a dużo tańsze łopaty. Myślenie, że problem nas nie dotyczy, jest więc naiwne.
Czytaj: Recykling łopat turbin wiatrowych – ostatnie słabe ogniwo
TŚ: Jakie są znane i stosowane na dziś sposoby zagospodarowania wycofanych z eksploatacji śmigieł?
ZF: 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).
Na dziś 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 składowisko odpadów. Odzyskane włókna szklane mogą być wykorzystywane jako substytut materiałów konstrukcyjnych, aczkolwiek niechętnie ze względu na częściową utratę parametrów wytrzymałościowych oraz brak 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).
TŚ: Jakie metody recyklingu są obecnie dostępne?
ZF: Jeśli chodzi o recykling mechaniczny kompozytów wzmacnianych włóknem szklanym, to polega on na kruszeniu materiału przy użyciu młynów 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.
Cięgle jednak poszukiwane są metody recyklingu pozwalające na usuwanie żywicy z włókien bez obawy o zmniejszenie ich wyjściowych właściwości. Piroliza jest obecnie jednym z najczęściej wykorzystywanych procesów recyklingu surowcowego napełnianych kompozytów. Polega ona na ogrzewaniu materiału organicznego w obojętnej atmosferze, podczas którego następuje rozkład chemiczny frakcji organicznej. Matryca polimerowa ulega rozkładowi do mieszaniny ciekłych i gazowych węglowodorów, a włókno szklane zostaje odzyskane. Jeżeli proces pirolizy prowadzony jest poniżej temperatury degradacji włókna szklanego, to nie zmienia ono swoich właściwości. Problem stanowi jednakże uzyskanie takich warunków, aby następował rozkład żywicy, ale włókno nie ulegało degradacji.
Alternatywą dla konwencjonalnej pirolizy może być piroliza mikrofalowa, wykorzystywana niekiedy w procesie pirolizy odpadów tworzyw sztucznych. Ogrzewanie przy użyciu promieniowania mikrofalowego ma tę zaletę, że materiał ogrzewany jest w całej masie. Stosując ogrzewanie mikrofalowe można prowadzić proces w stosunkowo łagodnych warunkach, w których nie zachodzi degradacja włókien szklanych.
Są to jednak wysokokosztowe techniki, dlatego ich komercjalizacja nastręcza wiele trudności.
TŚ: Na kim spoczywa odpowiedzialność za utylizację zużytych łopat turbin wiatrowych?
ZF: Zasadniczo odpowiedzialność spoczywa na producencie wyrobu końcowego, jak to ma miejsce w przemyśle samochodowym. Zgodnie z twierdzeniem wielu organizacji zajmujących się zarówno wytwarzaniem kompozytów, jak i ich recyklingiem, takich jak np. The European Plastics Converters (EuPC), The European Composites Industry Association (EuCIA) oraz The European Composite Service Company (ECRC), recykling kompozytów termoutwardzalnych stosowanych do wyrobu części w przemyśle samochodowym, spełnia wymogi dyrektyw UE: samochodowej (EU Dir 2000/53/EC) i odpadowej (2008/98/EC). Ale dotąd brak jest szczególnych przepisów unijnych dotyczących recyklingu śmigieł turbin wiatrowych. Postuluje się, aby takie uregulowania prawne zostały opracowane, bo ułatwiłoby to działania zarówno producentów, jak i osób zajmujących się wykorzystaniem wyrobów z materiałów kompozytowych.
TŚ: O jakiej skali mówimy?
ZF: Jak wskazuje Global Wind Energy Council (GWEC)) nowoczesne turbiny wiatrowe są wielokrotnie większe od tych z lat 80. XX w., a im dłuższe śmigła, tym większe zapotrzebowanie na materiały konstrukcyjne do ich wytwarzania. Dostępne dane wskazują, że roczna produkcja kompozytów napełnianych włóknami przekracza 30 mld ton. Rachunek jest prosty, skoro cykl życia śmigła turbiny wynosi średnio 20-25 lat, to po roku 2035 około 225 000 ton zużytych śmigieł elektrowni wiatrowych w skali świata powinno zostać poddanych recyklingowi. A do tego dochodzą kompozyty z innych zastosowań, co pozwala przypuszczać, że po roku 2040 ponad 380 000 ton kompozytów napełnianych włóknami szklanymi będzie trzeba utylizować corocznie. W perspektywie kolejnych dekad dojdą kompozyty napełniane włóknami węglowymi, a obecnie roczna produkcja tych kompozytów wynosi 27 000 ton rocznie.
TŚ: Czy oprócz trudności, widzi Pan jakieś szanse rozwojowe w związku z procesem recyklingu materiałów kompozytowych?
ZF: Obecna sytuacja pokazuje, na co będzie popyt. Dlatego uważam, że w Polsce powinniśmy już dziś pomyśleć o wybudowaniu dużego centrum recyklingu, który specjalizowałby się m.in. w odzyskiwaniu włókien szklanych. To jest ten moment, kiedy możemy wyjść naprzeciw potrzebom. Nie myślę tutaj jedynie o przerobie śmigieł elektrowni wiatrowych, ale również jachtów, łodzi, sprzętu sportowego czy przyczep kampingowych, których w Polsce jest całkiem sporo.
Marynarka Wojenna ma kilka kutrów patrolowych, które wycofano z użytkowania, a każdy kadłub takiego kutra to 9 ton masy złożonej z żywicy i włókna szklanego, które do dzisiaj nie zostały zutylizowane. Jest to tym bardziej uzasadnione, że istnieją możliwe zastosowania odzyskanego materiału, który mógłby być wykorzystywany do budowy dróg (włókna stanowią pełnowartościową podkładkę pod nawierzchnię) czy składowisk odpadów jako warstwa izolacyjna.
Taki impuls mógłby wyjść z wielu stron, w tym np. od Polskiego Stowarzyszenia Energetyki Wiatrowej, a Polska mogłaby się stać zapleczem recyklingu dla całej Europy. Jest wiele ośrodków badawczo-rozwojowych, które na pewno byłyby zainteresowane uczestniczeniem w takim konsorcjum.
Czytaj: Plażowy recykling statków europejskim wyrzutem sumienia. Polska pracuje nad rozwiązaniem
Rozmawiała Katarzyna ZamorowskaDyrektor ds. komunikacji
