Projekt »Re SORT« – Nachhaltiges Recycling von Windkraftanlagen

Projekt »Re SORT – Pyrolyse dickwandiger Faserverbundwerkstoffe als Schlüsselinnovation im Recyclingprozess für Rotorblätter von Windenergieanlagen«

Windkraftanlagen haben eine Lebensdauer von 20 bis 30 Jahren. Danach werden sie abgebaut und recycelt. Das Recycling stellt aufgrund des hohen Materialmixes der Windenergieanlagen jedoch eine große Herausforderung dar. Insbesondere bei den dickwandigen Faserverbundwerkstoffen in den Rotorblättern sind die Recyclingmöglichkeiten noch sehr begrenzt. Die aktuell gängigen Verfahren wie die thermische oder mechanische Verwertung reichen nicht aus, um das Recycling der kompletten Anlagen mit ihrem Mix verschiedener Materialien abzudecken. Im Projekt »Re SORT« widmen sich daher verschiedene Fraunhofer-Institute unter der Leitung des Fraunhofer IFAM dem ganzheitlichen Recycling von Windenergieanlagen mittels Pyrolyseverfahren. Die anschließende Oberflächenbehandlung und Qualitätsprüfung der Rezyklate machen eine erneute industrielle Anwendung möglich.

Pyrolyse für das Recycling von Faserverbundwerkstoffen

Die Windenergie bildet die wichtigste Säule für eine klimaneutrale Stromversorgung. Daher hat sich die Bundesregierung das Ziel gesetzt, den Ausbau bis 2030 erheblich zu steigern. Damit werden auch der Anteil an eingesetzten Faserverbundwerkstoffen – und somit auch die Abfallmengen – weiter steigen. Umso bedeutender wird es nun, nachhaltige Aufbereitungsverfahren für das Recycling der Faserverbundwerkstoffe zu entwickeln.

Die Rotorblätter der aktuell zum Recycling anstehenden Windkraftanlagen setzen sich mit über 85 Gewichtsprozent aus glas- und kohlefaserverstärkten Duroplasten (GFK/CFK) zusammen. Die Voraussetzung für die hochwertige Verwertung dieser Faserverbundwerkstoffe ist die Trennung der Fasern von der duroplastischen Matrix. Ein sehr geeignetes Verfahren für diesen Prozess stellt die Pyrolyse dar. Innerhalb des Projekts »Re SORT« untersuchen und entwickeln die Projektpartner daher Pyrolysetechnologien, die das Recycling von Kohlenstofffasern wirtschaftlich ermöglichen und sich von den heute üblichen Verwertungsverfahren für Faserverbundwerkstoffe technisch unterscheiden. Dabei werden sowohl eine Batch- als auch die Mikrowellen-Pyrolyse angewendet.

Bei der Batch-Pyrolyse handelt es sich um einen Pyrolyseprozess, in dem die duroplastische Matrix dicker Faserverbundbauteile durch externe Erhitzung in ölige und vor allem gasförmige Kohlenwasserstoffverbindungen langsam zersetzt wird. Bei der Mikrowellenpyrolyse erfolgt die Energiezufuhr durch die Absorption von Mikrowellenstrahlung, sodass es zu einer inneren schnellen Wärmeentwicklung kommt. Die quasikontinuierliche Batch-Pyrolyse als auch die Mikrowellenpyrolyse erlauben die Abscheidung von Pyrolysegasen bzw. – ölen. Die geplante Durchlauf-Mikrowellenpyrolyse ermöglicht zudem den Erhalt und die Wiederverwendung der Fasern in ihrer gesamten Länge.

Im Sinne der Kreislaufwirtschaft: Ganzheitliche Verwertung der gewonnenen Recyclingprodukte

Im nächsten Schritt werden die Oberflächen der zurückgewonnenen Rezyklatfasern mittels atmosphärischer Plasmen und nasschemischer Beschichtungen aufbereitet, um einer erneuten industriellen Anwendung zugeführt werden zu können. Anhand von Festigkeitsuntersuchungen lässt sich dabei entscheiden, ob die Rezyklatfasern erneut in der Windenergie oder beispielsweise im Automobilbau oder im Sportartikelbereich zum Einsatz kommen.

Die in der Batch- und Mikrowellenpyrolyse gewonnenen Pyrolyseöle und Pyrolysegase werden bezüglich der Nutzbarkeit als Rohstoff für die Polymersynthese (Pyrolyseöle) oder als Energiequelle zur energetischen Nutzung in Blockheizkraftwerken (BHKW) (Pyrolysegase) bewertet.

Sowohl die quasikontinuierliche Batch-Pyrolyse als auch die Durchlauf-Mikrowellenpyrolyse versprechen einen wirtschaftlichen Betrieb und eine maßgebliche Verringerung des ökologischen Fußabdrucks bei der Entsorgung von Windenergieanlagen. Daher stehen die Chancen für eine technische Umsetzung und Verwertung der Projektergebnisse sehr gut, sodass mit diesem Projekt ein entscheidender Beitrag zum Erreichen der Nachhaltigkeits- und Klimaziele der Bundesregierung geleistet werden kann.

Projektträger:

Projektträger Jülich (PtJ)

Projektpartner:

Projektlaufzeit

01.05.2023 bis 30.04.2026

Nachhaltiges Recycling von Windkraftanlagen