Windkraftanlagen werden immer größer. Ihre Rotorblätter werden immer länger. Und die Frage, was mit diesen Rotorblättern am Ende ihrer Lebensdauer geschieht, lässt sich immer schwerer ignorieren. Das Nationale Labor für Erneuerbare Energien (National Renewable Energy Laboratory) hat ein neues Harzmaterial entwickelt, das nach eigenen Angaben erstmals ein großflächiges Recycling von Rotorblättern chemisch wirtschaftlich ermöglichen könnte.
Das Material heißt PolyEster Covalently Adaptable Network, kurz PECAN. Laut NREL sorgt es dafür, dass die Rotorblätter über Jahre hinweg strukturell stabil bleiben. Nach der Außerbetriebnahme löst sich das Harz in einem milden chemischen Bad innerhalb von etwa sechs Stunden auf. Dabei bleiben die Strukturfasern intakt und können wiederverwertet werden.
Warum die aktuellen Recyclingmethoden nicht ausreichen
Herkömmliche Kunststoffe für Windkraftanlagenflügel sind Duroplaste. Nach dem Aushärten lassen sie sich weder einschmelzen noch umformen. Betreiber standen bisher im Allgemeinen vor zwei Möglichkeiten: mechanisches Zerkleinern oder Deponierung. Beide Verfahren liefern wenig wertvolle Ergebnisse und erzeugen erhebliche Abfallmengen.
Das Problem hat sich mit der Vergrößerung der Turbinen verschärft. Längere Schaufeln liefern zwar mehr Strom pro Turbine, führen aber auch zu größeren und schwereren Verbundstrukturen, die schwieriger zu verarbeiten sind. Die Branche hat das Recycling von Turbinen viel zu lange vernachlässigt.
Das NREL begann sich 2022 systematisch mit diesem Thema auseinanderzusetzen. Damals erkannte das Labor die Notwendigkeit, die Recyclingfähigkeit von Anfang an in die Rotorblattkonstruktion zu integrieren. Das Prinzip „Design zuerst“ bildete die Grundlage für die Entwicklung von PECAN.
Vom Laborkonzept zum physischen Prototyp
Das NREL fertigte bis Dezember 2023 einen neun Meter langen Prototyp eines Rotorblatts aus PECAN-Harz. Dies bewies, dass sich das Material in relevantem Maßstab herstellen lässt. Bis August 2024 entwickelte das Labor das Konzept mit einem zweiten neun Meter langen Prototyp weiter. Diese Version demonstrierte sowohl die Herstellbarkeit als auch die chemische Recyclingfähigkeit des Harzes.
Die neueste Version dieser Technologie zielt auf die äußere, kohlenstoffreiche Struktur der Rotorblätter ab. Laut NREL löst sich das Harz selektiv auf, wodurch sich die kohlenstoffreiche Hülle von den inneren Glasfasern trennt. Beide Materialien können anschließend wiederverwendet statt entsorgt werden.
PECAN ist pflanzlich. Dadurch unterscheidet es sich von den derzeit in der Branche üblichen erdölbasierten Duroplasten. NREL positioniert es als einfache Designänderung und nicht als grundlegende Umstellung der Fertigung, obwohl die Validierung im kommerziellen Maßstab noch aussteht.
Der zunehmende Druck auf die Windenergieinfrastruktur
Die Windkraft expandiert unter zunehmendem Druck. Der Strombedarf steigt in allen wichtigen Volkswirtschaften. Der Bau von Rechenzentren beschleunigt sich. Anwendungen der künstlichen Intelligenz erhöhen die Netzlast in einem Ausmaß, das noch vor fünf Jahren kaum absehbar war. Windkraft ist nach wie vor eine der wenigen Technologien, die in der Lage sind, sauberen Strom in dem dafür erforderlichen Umfang zu liefern.
Diese Expansion bedeutet mehr Windkraftanlagen und mehr Rotorblätter im Einsatz. Gleichzeitig bedeutet sie aber auch, dass mehr Rotorblätter außer Betrieb genommen werden. Der Global Wind Energy Council prognostiziert für das kommende Jahrzehnt einen deutlichen Anstieg der Stilllegungsmengen, da Windkraftanlagen der ersten Generation das Ende ihrer Lebensdauer erreichen. Die damit einhergehende Abfallentwicklung ist bereits absehbar.
PECAN löst nicht alle Aspekte dieses Problems. Die kommerzielle Rentabilität über den Prototypenmaßstab hinaus ist nicht erwiesen. Die Wirtschaftlichkeit des chemischen Recyclings in industriellen Mengen ist unklar. NREL hat einen überzeugenden Machbarkeitsnachweis erbracht. Die industrielle Akzeptanz hängt von der Kosten-Nutzen-Analyse ab, die Laborergebnisse noch nicht bestätigen können.
Die Designfrage neu formulieren
Der bedeutendste Wandel, den PECAN darstellt, ist möglicherweise konzeptioneller Natur. Das Recycling von Rotorblättern wurde lange Zeit als Problem der Abfallwirtschaft betrachtet. Der Ansatz des NREL hingegen sieht es als eine Frage der Materialtechnik, die beantwortet werden sollte, bevor überhaupt ein Rotorblatt gefertigt wird.
Wenn Rotorblatthersteller diesen Rahmen übernehmen, ändert sich dadurch die Beschaffungsentscheidung. Betreiber verändern ihre Vorgehensweise bei der Kostenkalkulation am Ende der Nutzungsdauer. Regulierungsbehörden können künftig andere Anforderungen stellen. Die Europäische Union hat bereits Schritte hin zu erweiterten Herstellerverantwortungsanforderungen für Windkraftkomponenten unternommen. Andere Länder könnten diesem Beispiel folgen.
Die Arbeit des NREL zeigt, dass ein Rotorblatt so konstruiert werden kann, dass es sich genauso gezielt zerlegt, wie es zusammengebaut wurde. Das ist das praktische Argument für PECAN. Ob die Branche schnell reagiert, hängt von Kostendaten ab, die derzeit noch nicht öffentlich zugänglich sind.
Die Ergebnisse des Prototyps sind glaubwürdig. Der Zeitplan für die kommerzielle Markteinführung ist weiterhin ungewiss.
