Rotorblätter aus Windkraftanlagen

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247 Rotorblätter aus Windkraftanlagen – Herausforderungen für das Recycling

Kunststoffe | Verbunde

– Herausforderungen für das Recycling –

Alexandra Pehlken, Henning Albers und Frauke Germer

1. Zusammensetzung von Rotorblättern ...251

2. Recyclingoptionen ...255

3. Diskussion und Fazit ...258

4. Literatur ...259

In Deutschland liegt der Anlagenbestand aktuell bei etwa 27.300 Windenergieanlagen (WEA) on- und offshore mit einer Gesamtkapazität von etwa 47.300 MW [3].

WEA bestehen grundsätzlich aus dem Fundament, Turm, Gondel und den Rotor- blättern. Der Fokus in diesem Artikel liegt auf den end-of-life Rotorblättern. Bislang waren vorrangig Windkraftanlagen unter 1.000 kW installierte Leistung vom Rückbau betroffen und Rotorblätter lagen selten über 40 m Länge. Mit den höheren Leistungs- klassen werden dann auch längere und schwieriger zu handhabende Rotorblätter vom Recycling betroffen. Im Juni 2016 präsentieren Adwen und LM Windpower in Däne- mark das längste (offshore) Rotorblatt der Welt mit 88,4 m [6]. Aber auch Enercons Rotorblattwerk KTA Kunststofftechnologie Aurich GmbH hat erfolgreich den ersten Satz Außenblätter für die neue onshore Schwachwindanlage E-141 EP4 im November 2016 fertiggestellt. Hier beträgt die Rotorblattlänge etwa 70 m (Rotordurchmesser 141 m). Bei Enercon liegt die Besonderheit darin, dass die Rotorblätter in zwei Hälf- ten produziert und erst vor Ort verbunden werden, so dass der Transportaufwand geringer ist [5].

Im ersten Halbjahr 2016 wurden onshore etwa 726 neue Anlagen (2.060 MW) errichtet – 19 % davon in Zuge von Repowering. Damit bleibt Repowering, auch ohne eine spezielle Förderung, ein wichtiger Sektor. Im selben Zeitraum wurden 156 WEA mit 170 MW abgebaut [3]. Die durchschnittliche Kapazität der zur Entsorgung anfallenden Anlagen liegt somit bei 1,09 MW. Im Jahr 2015 waren es noch durchschnittlich 0,77 MW große Anlagen. Bei einem Laufzeitende von Onshore-WEA in Deutschland nach in der Regel zwanzig Jahren, ist in den kommenden Jahren mit einem zunehmenden Abbau von Windenergieanlagen größerer Leistungsklassen zu rechnen (Bild 1).

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Alexandra Pehlken, Henning Albers, Frauke Germer

248

Warum ist der Materialstrom aus Rotorblättern überhaupt interessant? Bei Betrachtung der gesamten WEA besitzen die drei Rotorblätter einen gesamten Massenanteil von nur gut drei Prozent. Theoretisch betrachtet könnte die WEA somit gut eine Recyclingquote von über neunzig Prozent erreichen (Verluste eingerechnet), da der Hauptbestandteil der WEA aus Zement (Turm und Fundament), Stahl (Turm und Gondel) und Metal- len (Gondel) besteht. Jedoch wird selten das ganze Fundament wieder zurückgebaut und ein Großteil des Fundamentes bleibt im Boden, was eher auf die hohen Kosten zurückzuführen ist. Zement ist derzeit kein kritischer Rohstoff, also bleibt er unsichtbar vergraben. Die Rotorblätter machen somit nur einen Bruchteil des Gewichtsanteils aus, verursachen allerdings nahezu ein Viertel der Kosten bei der Herstellung einer WEA.

Da das Produkt relativ neu ist und immer neuere und größere Designs dazu kommen, sind neben den hohen Herstellkosten auch die Produktionsabfälle sehr hoch. Je nach Hersteller können um die dreißig Prozent Produktionsabfall pro produziertes Rotorblatt anfallen [4]. Daher sind derzeit nicht nur die alten ausgedienten Rotorblätter von vor zwanzig Jahren von Interesse für das Recycling, sondern auch die Produktionsabfälle.

Außerdem stehen Recycler und Verwerter nun vor der Tatsache, dass Rotorblätter

Leistung MW 3.000

2.500

2.000

1.500

1.000

500

0

2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 Jahr

2024 2026 2028 2030 2032 2034

0 bis 1.000 kW 1.001 bis 2.000 kW 2.001 bis 3.000 kW ab 3.001 kW

Bild 1: Laufzeitende von Onshore Windenergieanlagen (WEA) in Deutschland nach Klassen

Quellen: eigene Hochrechnungen nach Wada, A.: Laufzeitende von Onshore-Windparks: Analyse von Repowering und Laufzeit- verlängerung anhand eines Fallbeispiels. Bachelorthesis, Hochschule Bremen, Studiengang Umwelttechnik B.Sc., Bremen, 2016 Albers, H.; Germer, F.; Pehlken, A.: Recycling von GFK aus Rotorblättern: Bedarfe und Entwicklungen. Vortrag Tagung Rotorblätter von Windenergieanlagen im Haus der Technik, Essen, Juni 2016

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Dorfstraße 51 D-16816 Nietwerder-Neuruppin Tel. +49.3391-45.45-0 • Fax +49.3391-45.45-10 E-Mail: tkverlag@vivis.de

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Insbesondere sollen trotz der fluktuierenden Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien und des zögerlichen Ausbaus der Netze und Speicher die Energieeffizienz gesteigert und ausreichende Kraftwerksreservekapazitäten vorgehalten werden.

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seit wenigen Jahren nicht nur mit Glasfaserverbunden (GFK), sondern auch mit Car- bonfaserverbunden (CFK) hergestellt sein können. Dies stellt die Recyclingbranche vor weitere Probleme, insbesondere im Arbeitsschutz. Dieser Artikel stellt generell den Stand der Technik bei der Entsorgung von Rotorblättern dar und weist auf die Herausforderungen im Recycling hin.

1. Zusammensetzung von Rotorblättern

Rotorblätter sind sehr komplex aufgebaute Produkte, die aus mehreren Verbund- materialien bestehen. Da sie sehr lange harten Last- und Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind, ist der Qualitätsanspruch bei der Produktion sehr hoch. Mehrere Faserlagen werden aneinandergelegt, mit heißem Harz unter Vakuum verschmolzen, so dass sich das Material nicht wieder separiert. Dazu kommen teilweise Holz als Bau- material, evtl. PVC oder PU-Schaum und zu guter Letzt der metallische Blitzableiter.

Allerdings gibt es hier Unterschiede von Hersteller zu Hersteller. Tabelle 1 verdeutlicht eine mögliche Zusammensetzung des Rotorblattes am Beispiel der 4,5 MW-Anlage (Enercon E-112) [12].

Tabelle 1: Energieeinsatz bei der Produktion eines Rotorblattes

Massen

KEA_H Materialspezifischer

Material kg/Rotorblatt MJ/kg Energieaufwand

[Tryfonidou] GJ/Rotorblatt Glasfaser 8.128 33 267 Epoxidharz (inkl. Härter) 7.582 138 1.040 Aluminium 122 203 25 Polyamid 282 124 35 Polyethylen 847 71 60 PU-Hartschaum 1.036 125 129

PVC 487 62 30

Lack 684 119 82

Gummi 204 94 19

Sonstige 628 – –

Gesamter materialspezifischer

Energieaufwand 1.690

KEAH: eigene Berechnung, Datengrundlage: ProBas, Fraunhofer ISI, Eco.Invent Database, GaBi [Tryfonidou] 4,5 MW-Anlage (Enercon E-112) Quelle: Tryfonidou R.: Energetische Analyse eines Offshore-Windparks unter Berücksichtigung der Netzintegration. Schrif- tenreihe des Lehrstuhls für Energiesysteme und Energiewirtschaft, Dissertation an der Ruhr Universität Bochum, 2006

Wie oben bereits genannt, findet nun auch vermehrt Carbonfaser Einzug in die Rotorblattproduktion. Nicht nur dass Carbonfaser ein energieintensiver Rohstoff ist, er ist außerdem noch sehr begehrt von anderen Technologiebereichen, wie der Au- tomobilbranche und dazu kostenintensiv auf dem Markt. Materialien werden daher ungern verschwendet – z.B. durch Verschnitt. Eins ist jedoch von vornherein klar.

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Aus Rotorblättern werden wohl nie wieder Rotorblätter, da die Fasern nach jetzigem Stand der Technik ihren Urzustand nicht erhalten werden. In dem nachfolgenden Kapitel werden die verwendeten Carbon- und Glasfaserverbunde in WEAs näher beleuchtet, da sie einen Hauptbestandteil der Rotorblätter darstellen. Detaillierte In- formationen wurden bereits auf der VDI-Konferenz Recycling von Kunststoffen und Verbundstoffen in 2016 vorgestellt [17].

Carbon- und glasfaserverstärkter Kunststoff

Bei carbon- und glasfaserverstärkten Kunststoffen handelt es sich um Verbundwerk- stoffe bestehend aus einem Faserstoff und einem Matrixmaterial aus Kunststoff. In der Windenergie wird bisher Epoxidharz eingesetzt.

Jedoch wird der Einsatz von Thermoplasten für Rotorblätter entwickelt. Vor allem aufgrund von besseren Möglichkeiten des Recyclings ist dies ein vielversprechender Ansatz. Das EU-geförderte Projekt WALiD entwickelt derzeit Rotorblätter aus ther- moplastischen Verbundwerkstoffen für große Offshore-Anlagen [18].

Die Informationen zu Glas- und Carbonfasern bei der Herstellung von Rotorblättern werden aus offiziellen Angaben der Hersteller von Windkraftanlagen und von Indus- trieverbänden zusammengetragen. Aufgrund der langen Lebensdauer der Rotorblätter und der schnellen Fluktuation einiger Hersteller am Windenergiemarkt (Stichwort:

Insolvenzen), sind oft Angaben der Hersteller nicht mehr verfügbar. Kaum einer der Hersteller gibt heute offiziell an, neben Glasfasern auch Carbonfasern zur Herstellung von Rotorblättern einzusetzen.

Tatsächlich gibt Vestas in einem auf dem Portal Windindustrie in Deutschland (WID) veröffentlichten Interview an, bei neuen Blattdesigns der V110, V126 und V164 einen Tragbalken mit Glas- und Carbonfasern im Inneren des Rotorblattes einzusetzen [14].

An der geringer beanspruchten Wurzel des Blattes werden nachwievor hauptsächlich Glasfasern verwendet. Im Gegensatz zu anderen Unternehmen wird jedoch im Holm von der Wurzel bis zur Blattspitze Carbon in der Hauptspannungsebene eingesetzt. Die äußeren Schalen des Blattes werden mit Glasfasern hergestellt. Erst in einem folgen- den Schritt werden Tragbalken und Schalen verklebt. Durch dieses Verfahren lassen sich besonders schlanke und leichte Rotorblätter mit vergleichbar geringem Gewicht realisieren. Zudem wirbt Vestas mit einer Langlebigkeit der Rotorblätter von dreißig Jahren, welche die erhöhten Kosten der Carbonfaser kompensieren können.

Die Industrievereinigung verstärkte Kunststoffe (AVK) sowie carbon composites e.V.

veröffentlichen jährlich gemeinsam einen Marktbericht über carbon- und glasfaser- verstärkte Kunststoffe [15], die weitere Auskunft geben können.

Glasfaserverstärkter Kunststoff

Nach Einschätzungen der Fachverbandes AVK wurden in Europa im Jahr 2015 insgesamt 1.069.000 Tonnen glasfaserverstärkter Kunststoff produziert. Ein Anteil von etwa 34 % floss dabei in die Kategorie Konstruktion, welche den Industriezweig Windkraft enthält.

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Das entspricht einer absoluten Menge von etwa 363.460 Tonnen. Weitere wichtige Anwen- dungen sind die Kategorien Transport, Elektro/Elektronik und Sport&Freizeit (Bild 2).

Transport: 374.150 t 35 %

andere: 10.690 t 1 %

Elektro/Elektronik: 160.350 t 15 % Sport und Freizeit: 160.350 t

15 %

Konstruktion: 363.460 t 34 %

Die Angaben über den Einsatz von glasfaserverstärkten Kunststoffen für den Bau von Windrädern sind mit äußerster Vorsicht zu behandeln. Zunächst lassen sich die produzierten Mengen nicht direkt auf Anteile in den Rotorblättern umrechnen. Bei der Herstellung können beispielsweise Verluste entstehen, welche zwar nach Angaben des Fachverbandes produziert wurden, jedoch in keinem Rotorblatt enthalten sind.

Aus statistischen Daten ergibt sich für ein Rotorblatt mit einem Durchmesser von 82 m – durchschnittlicher Durchmesser neu installierter Anlagen in Deutschland in 2014 [2] – eine Masse von etwa 8.000 kg.

Demzufolge ergibt sich bei drei Rotorblättern eine Rotorblattmasse von 24.000 kg pro WEA. Unter der Kategorie Konstruktion werden allerdings eine Mehrzahl von Industriezweigen zusammengefasst und eine genaue Zuordnung ist nicht möglich.

Eine genauere Aufschlüsselung stellt die Industrievereinigung AVK jedoch nicht zur Verfügung.

Carbonfaserverstärkter Kunststoff Für carbonfaserverstärkten Kunststoff wird im gleichen Bericht [11] eine globale Pro- duktion von 105.200 Tonnen im Jahr 2014 angegeben. Im Gegensatz zu den Daten für den Bereich glasfaserverstärkter Kunststoffe wird explizit ein Anteil von 14 % genannt, welcher in der Windkraft Anwendung fand. Dies entspricht einer absoluten Menge von 13.200 Tonnen. Obwohl auch bei den carbonfaserverstärkten Kunststoffen Verluste in der Produktion entstehen und somit von der produzierten Menge nicht direkt auf die tatsächliche Menge in Rotorblättern geschlossen werden kann, können diese Daten als grobe Indikation dienen.

Bild 2: Global umgesetzte glasfaserverstärkte Materialien nach Anwendung 2014 (Gesamt 1.069.000 t)

Quelle: Witten, E.; Kraus. T.; Kühnel, M.: Composites Marktbericht 2015. Carbon Coposites und Industrievereinigung verstärkte Kunststoffe AVK (Hrsg.); http://www.avk-tv.de/files/20151214_20150923_composites_marktbericht_gesamt.pdf; abgefragt am 15.11.2016

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254

Der Fachverband Carbon Composites [15] gibt für den Carbonfaserbereich recht genau Aufschlüsselungen auch über andere Anwendungsindustrien (Bild 3).

Luftfahrt/Verteidigung: 32.200 t 31 %

Windenergie: 13.200 t 12 %

Fahrzeugbau: 21.800 t 21 % andere: 18.500 t

18 %

Sport/Freizeit: 13.100 t 12 %

Marine: 1.400 t 1 %

Bauwesen: 5.000 t 5 %

Die Prognose der Carbonfaserverbunde ist in allen Sektoren ansteigend, besonders in der Luftfahrt und im Automobilsektor. Die Windenergie ist hier allerdings nicht die treibende Kraft (Bild 4).

Der globale Bedarf an carbonfaserverstärkten Materialien im Jahr 2014 betrug 105.200 Tonnen. Der größte Anteil davon ist in den Bereich der Luftfahrt & Verteidi- gung geflossen. In den kommenden Jahren wird weiterhin ein Wachstum in diesem Bereich von bis zu 13 % erwartet.

Neue Flugzeuge, wie die A350XWB von Airbus und der Boeing 777X, setzen für den Bau hohe Anteile von Faserverbundstoffen mit Carbonfasern ein.

Im Bereich des Fahrzeugbaus wird ein vermehrter Einsatz von Carbonfasern erwartet, insofern eine automatisierte, effiziente Herstellung von carbonfaserverstärkten Bauteilen für den breiten Einsatz auch in Mittelklasse-PKWs ermöglicht wird. Der- zeit finden solche Bauteile hauptsächlich im Bereich von Luxus- und Sportwagen Anwendung [15].

Wie zuvor beschrieben wird auch im Bereich der Windenergie ein vermehrter Einsatz von Carbonfasern erwartet. Dies ist mit den im Vergleich zu Glasfasern deutlich besseren mechanischen Eigenschaften der Carbonfaser zu erklären. Mit kontinuierlich steigenden Rotordurchmessern werden hohe Festigkeiten bei geringem Gewicht benötigt, welche derzeit nur durch den Einsatz von Carbonfasern ermöglicht werden.

Bild 3: Global umgesetzte carbonfaserverstärkte Materialien nach Anwendung 2014 (Gesamt 105.200 t)

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2. Recyclingoptionen

Bevor Recyclingtechnologien beschrieben werden, die für die Rotorblattverwertung geeignet erscheinen, werden Angaben zur Masse der in Zukunft zu erwartenden Ro- torblattmaterialien aus ausgedienten Rotorblättern gemacht.

Zur Abschätzung der zukünftig in Deutschland zur Entsorgung anfallenden Mengen an Rotorblattmaterial wurde die Annahme getroffen, dass pro MW Leistung zehn Ton- nen Material verbaut wird und das Laufzeitende nach zwanzig Jahren erreicht wird. In die Prognose fließt außerdem ein, dass sechzig Prozent der kleinen Anlagen mit 0 bis 1 MW bedingt durch das Repowering zwar frühzeitig – nach etwa 15 Jahren – abgebaut werden, aber zu neunzig Prozent auf dem Second-Life Markt wiederverwendet werden. Diese Anlagen fallen demnach nicht auf dem deutschen Entsorgungsmarkt an und erreichen daher im Ausland ihr Lebensende. Erst Windenergieanlagen größer als 1 MW müssen nach dem Rückbau möglichst ressourcensparend weiterverwendet

70.000

Bedarf carbonfaserverstärkter Materialien Tonnen

60.000

50.000

40.000

30.000

20.000

10.000

2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021

0

Luftfahrt/

Verteidigung:

60.300 t

Windenergie: 25.900 t Fahrzeugbau: 65.500 t

andere: 34.800 t

Sport/Freizeit: 19.500 t

Marine: 3.100 t Bauwesen: 10.800 t

Bild 4: Prognose des Bedarfs carbonfaserverstärkter Materialien bis 2021

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oder verwertet werden. Die Ergebnisse der Prognose (Bild 5) machen deutlich, dass erst in den kommenden Jahren mit spürbaren Rotorblattmaterialmengen zu rechnen ist. Im Jahr 2020 liegen die zu erwartenden Mengen bei etwa 20.000 Tonnen. Bis zum Jahr 2030 wird sich die Menge voraussichtlich auf etwa 30.000 Tonnen erhöhen.

Masse Tonnen

30.000 35.000

25.000 20.000 15.000 10.000 5.000

0

2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 Jahr

2024 2026 2028 2030 2032 2034

0 bis 1.000 kW

jährliche Gesamtmenge

1.001 bis 2.000 kW 2.001 bis 3.000 kW ab 3.001 kW

Bild 5: Eigene Prognose der zur Entsorgung anfallenden Rotorblattmengen in Deutschland Zurzeit liegen die zu entsorgenden Rotorblattmengen von rückgebauten Windenergie- anlagen erst bei 1.600 Tonnen (2015). Zu diesen Mengen von ausgedienten Windener- gieanlagen müssen zusätzlich die Abfälle aus der Produktion von Windenergieanlagen mit dem oben beschriebenen Massenanteil von etwa 30 % betrachtet werden. Das waren im Jahr 2015 etwa 11.000 Tonnen. Damit ist der Anteil der Produktionsabfälle im Moment deutlich höher der Anteil von rückgebauten Anlagen.

Stand der Technologien zur stofflichen, energetisch-stofflichen und energetischen Verwertung

Für die faserverstärkten Kunststoffe GFK/CFK der Rotorblätter gibt es bislang nur wenig etablierte Recyclingwege. Im Zusammenhang mit der Betrachtung verschiede- ner Verwertungsoptionen sind Verfahren zur Zerkleinerung des Ausgangsmaterials entscheidend.

Im großtechnischen Einsatz erprobt ist das Zersägen der Blätter mit Diamantseilsägen unter einem Wassernebel und mit großformatigen Trennscheiben [7].

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Am Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT wird in Zusammenarbeit mit der TH-Nürnberg an der materialspezifischen Sprengung der Rotorblätter geforscht [16]. Mittels linienförmiger Sprengladungen (Sprengschnüren oder -matten) sollen die Formteile so zerlegt werden, dass Bereiche mit hohen Anteilen an Verstär- kungsfasern von Bereichen mit niedrigem Faseranteil getrennt werden. Diese (Vor-) Zerlegung der Rotorblätter kann direkt am Standort der Windkraftanlage erfolgen.

Anschließend können die getrennten Fraktionen unterschiedlichen Verwertungs- wegen zugeführt werden. Die Fraktionen mit hohem Faseranteil könnten bevorzugt einer stofflichen Verwertung zugeführt werden. Gegebenenfalls nur energetisch zu verwertende Anteile des Rotorblatts ließen sich somit auf ein Mindestmaß reduzieren.

Die bei der Detonation auftretenden Schwingungen, welche sich in der Polymer- matrix der Kunststoffverbundmaterialien mit einer unterschiedlichen Geschwin- digkeit ausbreiten, tragen außerdem zu einer zumindest teilweisen Abtrennung der Polymermatrix von den Fasern an deren Grenzflächen bei. Die Bindung der Fasern an die Polymermatrix wird bereichsweise deutlich reduziert [16]. Dies ist eine gute Voraussetzung für eine weitere stoffliche Verwertung der Fraktion, bei der die Fasern von der Matrix getrennt werden.

Stoffliche Verwertung Echte stoffliche Verwertungsoptionen, wie sie im Sinne des Kreislaufwirtschaftsgeset- zes anzustreben sind, konnten sich bisher nicht durchsetzen. Dabei ist nicht eindeutig geklärt, ob die Begründungen eher in technischen Problemen oder in den Marktme- chanismen zu finden sind. Zurzeit wird vor allem an thermischen Verfahren (Pyrolyse) zur Rückgewinnung der Fasern geforscht. Dabei sind die Prozessparameter ausfindig zu machen, die die Eigenschaften der Fasern – Funktionalität der Oberflächenstruktur, Zug- und Biegefestigkeit – möglichst wenig beeinträchtigen, die Polymermatrix aber möglichst vollständig zersetzen [10]. Denkbar ist auch eine anschließende chemische Behandlung der Fasern zur Verbesserung der Eigenschaften [19]. Nach dem Pyro- lyseprozess sind die Metalle, Koksrückstände und weiteren Begleitstoffe durch eine mechanische Stufe von den Fasern abzutrennen. Außerdem liegen die Fasern mit unterschiedlicher Länge und Ausrichtung vor. Ein Verfahren zur Homogenisierung und Ausrichtung der Fasern könnte, je nach weiterem Einsatz der Fasern, notwendig sein. Zudem werden neben Glasfasern auch vermehrt Carbonfasern in Rotorblättern verarbeitet (s.o.). Dies hat zur Folge, dass aus der Pyrolyse ein Fasergemisch hervorgehen würde. Das Gemisch kann dann entweder als solches stofflich verwertet werden oder muss getrennt werden, um reine Fasern mit definierter Qualität auf dem Markt anbieten zu können. Die technologischen Herausforderungen an das Pyrolyseverfahren stehen damit in direktem Zusammenhang mit der Frage nach den Anwendungsmöglichkeiten der rezyklierten Fasern.

Als weitere Option der stofflichen Verwertung kann das Material der Rotorblätter als Verbund bestehen bleiben. Es wird dann schrittweise zerkleinert und als Granulat z.B. bei der Herstellung von neuen faserverstärkten Kunststoffen in Form von Sheet Molding Compound (SMC)-Halbzeuge verwertet.

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Energetisch-stoffliche Verwertung

Die materialangepasste Zerkleinerung und die nachfolgende stoffliche und energetische Verwertung in Zementfabriken scheint sich derzeit am Markt zu etablieren [7].

Der Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen ermöglicht zum einen die Substitution von Brennstoffen. Dabei wird eine Mischung aus Sekundärbrennstoffen und GFK im Calcinator des Zementwerks mit einem mittleren Heizwert von 15 MJ/kg zur Ener- giegewinnung genutzt [11]. Die festen Rückstände sind zum anderen reich an Silizi- um- und Calciumoxidverbindungen und werden als Bestandteil des Zementklinkers genutzt. Sie substituieren Kalkstein und Quarzsand.

Energetische Verwertung

Die Energetische Verwertung von faserverstärkten Kunststoffen ist nach der Abfallhie- rarchie des KrWG eigentlich nur dann zulässig, wenn die vorrangigen Maßnahmen der Abfallbewirtschaftung – Vermeidung, Wiederverwendung, Recycling – nicht möglich sind. Die Grenze für eine energetische Verwertung von Abfallstoffen ist außerdem fest- gelegt auf HU: >11 MJ/kg, R1: > 0,65. Neben diesen gesetzlichen Rahmenbedingungen birgt die Verbrennung von faserverstärkten Kunststoffen in einer Abfallverbrennungs- anlage (MVA) Probleme, die bisher noch nicht gelöst wurden.

Im Fall von GFK verläuft die Verbrennung in der MVA unvollständig und die Filter in der Anlage können sich zusetzen [8]. Die energetische Verwertung von CFK in scheint ebenfalls nicht möglich, da bei Verbrennungsversuchen alveolengängige Fasern (< 3 µm), die als möglicherweise krebserregend eingestuft sind, in der Schlacke gefun- den wurden. Die Aufenthaltszeit der Fasern im Brennofen ist zu kurz. Es kann keine vollständige Verbrennung erfolgen. Die zurückbleibenden Fasern verstopfen zudem ebenfalls Filteranlagen und verursachen durch ihre Leitfähigkeit Kurzschlüsse, Strom- ausfälle oder sogar Brände in elektrostatischen Abscheidern [9]. Aus den dargelegten Gründen ist eine energetische Verwertung bei den zurzeit herrschenden technischen Bedingungen in der MVA nicht gängige Praxis.

3. Diskussion und Fazit

In der Windenergiebranche ist bislang die Produktverantwortung noch nicht ge- regelt, daher besteht hier ein großer Unterschied zur Automobilbranche. Selbst die Luftfahrt hat praktisch gerade erst begonnen, das Recycling der nicht-metallischen Komponenten in Angriff zu nehmen. Allerdings würden hier auch Gesamtquoten ohne materialspezifische Aufschlüsselung für das Recycling einer WEA keinen Druck auf das Recycling von Rotorblättern ausüben, da sie gewichtsanteilig untergeordnet sind. Eher sollte das Material an sich interessant für neue Anwendungen werden, da es sehr stabil ist und zum Teil hohe Belastungen aushalten kann. Es kann daher aus Ressourcenschutzgründen von Vorteil sein, wenn die beteiligten Akteursgruppen, wie Hersteller von WEA bzw. Baugruppen, Windparkbesitzer bzw. -betreiber, Geneh- migungsbehörden und Rückbauer bzw. Entsorger frühzeitig miteinander sprechen.

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Bisher konnte kein gesteigertes Interesse an technisch und wirtschaftlich tragfähigen und zur Abfallgesetzlage konformen Konzepten ausgemacht werden.

Auch Angaben von Herstellern über die Art der eingesetzten Materialien und die Lo- kalisierung der Massen in den Blättern fehlen weitgehend. Lediglich Sekundärdaten sind verfügbar. Abgesicherte Angaben zum CFK-Einsatz sind nicht bisher generell nicht öffentlich verfügbar Diese Informationen werden aber als Grundlagen für den Aufbau von Recyclingstrategien und -technologien dringend benötigt.

Weiterhin ist der Einfluss der Wiederverwendung von WEA (Second-Life) nicht ausrei- chend geklärt. Wie lange und in welchem Ausmaß wird dieser Markt in den nächsten Jahren noch zur Verfügung stehen? Welche Recyclingwege mit welchen Technologien müssen dann zur Verfügung stehen? Eine Voraussetzung ist der recyclinggerechte Rückbau. Dies stellt zwar kein technisches Problem dar, verursacht aber gegebenenfalls einen hohen wirtschaftlichen Aufwand. Allerdings ist dies heute kalkulierbar, da die Abläufe aus den heutigen Second-Life-Aktivitäten bekannt sind.

Ein großes Problem verursacht die weitergehende Zerlegung und Zerkleinerung. Sie ist technisch aufwändig wegen der Materialgröße, -härte, und -zusammensetzung, dazu kommt die Emissions- und Arbeitsschutzproblematik (Staub, Fasern). Ein ausdiffe- renzierter Markt mit verschiedenen Einsatzzwecken für zerkleinerte Rotorblätter fehlt derzeit noch im großen Maßstab. Bisher existiert im industriellen Maßstab lediglich die Kombination aus stofflicher und energetischer Verwertung in einem einzigen Zementwerk für GFK.

Die Abtrennung von CFK-Fasern aus Rotorblättern und die Einsatzmöglichkeiten in CFK-Recyclingprozessen sind unklar. Hier ist absehbar, dass Aspekte des Arbeitsschut- zes eine noch stärkere Rolle spielen werden. Daher ist zu begrüßen, wenn sich weiterhin FuE-Ansätze mit der Problematik beschäftigen, die zu großtechnisch anwendbaren Lösungen führen.

4. Literatur

[1] Albers, H.; Germer, F.; Pehlken, A.: Recycling von GFK aus Rotorblättern: Bedarfe und Entwick- lungen. Vortrag Tagung Rotorblätter von Windenergieanlagen im Haus der Technik, Essen, Juni 2016

[2] DEWI, DEWI Statistik 2015, www.dewi.de, abgefragt am 15.11.2016

[3] Ender, C.; Neddermann, B.: Wind Energy Use in Germany, status 30.06.2016. In: Ender, C.; Ned- dermann, B.; Neumann, T. (Hrsg.): UL International GmbH Wilhelmshaven, DEWI-Magazin 49, 2016, S. 36-38

[4] Garcia Sanchez, R.; Pehlken, A.; Lewandowski, M.: On the sustainability of wind energy regar- ding material usage. ACTA TECHNICA CORVINIENSIS – Bulletin of Engineering, 2014 (1), http://acta.fih.upt.ro/ACTA-2014-1.html

[5] http://www.enercon.de/de/aktuelles/erster-blattsatz-fuer-e-141-ep4-produziert/; abgerufen am 15.11.2016

[6] http://www.erneuerbareenergien.de/adwen-und-lm-windpower-praesentieren-das-laengste- rotorblatt-der-welt/150/434/96129/; abgerufen am 15.11.2016

(14)

260

[7] http://www.neocomp.eu/de/Leistungen, abgefragt am 15.11.2016 [8] Immel, U. (Leiter MHKW swb AG Bremen): persönliche Mitteilung, 2015

[9] Limburg, M.; Quicker, P.: Entsorgung von Carbonfasern – Probleme des Recyclings und Aus- wirkungen auf die Abfallverbrennung. In: Thomé-Kozmiensky, K. J.; Beckmann, M. (Hrsg.):

Energie aus Abfall, Band 13. Neuruppin: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky, 2016, S. 135-144 [10] Onwudili, J. A.; Miskolczi, N.; Nagy, T.; Lipóczi, G.: Recovery of glass fibre and carbon fi bres from reinforced thermosets by batch pyrolysis and investigation of fibre re-using as reinforcement in LDPE matrix. Composites Part B: Enineering, volume 91, 2016, S. 154-161

[11] Schmidl, E.: Verwertung von faserverstärkten Kunststoffen am Beispiel von Rotorblättern. Vor- trag auf der Internationalen AVK-Tagung in Stuttgart, 26./27. Oktober 2009

[12] Tryfonidou R.: Energetische Analyse eines Offshore-Windparks unter Berücksichtigung der Netzintegration. Schriftenreihe des Lehrstuhls für Energiesysteme und Energiewirtschaft, Dis- sertation an der Ruhr Universität Bochum, 2006

[13] Wada, A.: Laufzeitende von Onshore-Windparks: Analyse von Repowering und Laufzeitverlän- gerung anhand eines Fallbeispiels. Bachelorthesis, Hochschule Bremen, Studiengang Umwelt- technik B.Sc., Bremen

[14] Weise, F.: Das Signal geht an alle Hersteller. Interview unter Expertenwissen Windindustrie in Deutschland 2016; https://www.windindustrie-in-deutschland.de/interviews/frank-weise-das- signal-geht-an-alle-hersteller/, abgefragt am 15.11.2016

[15] Witten, E.; Kraus. T.; Kühnel, M.: Composites Marktbericht 2015. Carbon Coposi- tes und Industrievereinigung verstärkte Kunststoffe AVK (Hrsg.); http://www.avk-tv.de/

files/20151214_20150923_composites_marktbericht_gesamt.pdf; abgefragt am 15.11.2016 [16] Woidasky; Seiler: Verfahren zur Rückgewinnung von Fasern aus Formteilen aus Kunststoffver-

bundmaterialien, Patentnummer: EP 2764970 A1. 2014, Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.

[17] Wulf, K.; Pehlken, A.; Albers, H.; Germer, F.: Rotorblätter und seine nahen Verwandten. Vortrag auf der VDI Konferenz Recycling von Kunststoffen und Verbundstoffen. Düsseldorf, Juni 2016 [18] www.eu-walid.com, Wind Blade Using Cost-Effective Advanced Lightweight Design, abgerufen

am 15.11.2016

[19] Yang, L.; Sáez, E.R.; Nagel, U.; Thomason J.L.: Can thermally degraded glass fibre be regenerated for closed-loop recycling of thermosetting composites? In: Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, volume 72, 2015, S. 167-174

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Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar

Karl J. Thomé-Kozmiensky, Daniel Goldmann (Hrsg.):

Recycling und Rohstoffe – Band 10

ISBN 978-3-944310-34-3 TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky

Verlag: TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky • Neuruppin 2017

Redaktion und Lektorat: Dr.-Ing. Stephanie Thiel, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc.

Erfassung und Layout: Claudia Naumann-Deppe, Janin Burbott-Seidel, Anne Kuhlo, Sandra Peters, Ginette Teske, Gabi Spiegel, Cordula Müller

Druck: Universal Medien GmbH, München

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