Windturbines worden steeds groter. De bladen worden steeds langer. En de vraag wat er met die bladen gebeurt aan het einde van hun levensduur, is steeds moeilijker te negeren. Het National Renewable Energy Laboratory heeft een nieuw harsmateriaal ontwikkeld dat volgens hen grootschalige recycling van turbinebladen voor het eerst chemisch haalbaar zou kunnen maken.
Het materiaal heet PolyEster Covalently Adaptable Network, beter bekend als PECAN. Volgens NREL zorgt het ervoor dat de rotorbladen jarenlang structureel intact blijven. Na gebruik lost de hars in ongeveer zes uur op in een mild chemisch bad. Tijdens dit proces blijven de structurele vezels intact en kunnen ze opnieuw worden gebruikt.
Waarom de huidige recyclingmethoden tekortschieten
Traditionele kunststoffen voor windmolenbladen zijn thermohardende composieten. Eenmaal uitgehard, kunnen ze niet meer worden omgesmolten of vervormd. Exploitanten hadden over het algemeen twee opties: mechanisch versnipperen of storten op een vuilstortplaats. Beide opties leveren een laagwaardig resultaat op en genereren aanzienlijke hoeveelheden afval.
Het probleem is groter geworden naarmate turbines groter zijn geworden. Langere bladen leveren meer elektriciteit per turbine. Ze creëren echter ook grotere, zwaardere composietconstructies die moeilijker te verwerken zijn. De industrie heeft het beheer aan het einde van de levensduur te lang als een ondergeschikte zorg beschouwd.
NREL begon dit in 2022 systematisch aan te pakken. Op dat moment constateerde het laboratorium de noodzaak om vanaf het begin recyclebaarheid in het ontwerp van rotorbladen te integreren. Dit ontwerpgerichte principe vormde de basis voor de ontwikkeling van PECAN.
Van laboratoriumconcept tot fysiek prototype
NREL bouwde in december 2023 een negen meter lang prototype van een rotorblad met PECAN-hars. Dit toonde aan dat het materiaal op een zinvolle schaal geproduceerd kon worden. In augustus 2024 had het laboratorium het concept verder ontwikkeld met een tweede negen meter lang prototype. Deze versie demonstreerde zowel de produceerbaarheid als de chemische recyclebaarheid van de hars.
De nieuwste versie van de technologie richt zich op de koolstofrijke buitenstructuur van het rotorblad. Volgens NREL lost de hars selectief op, waardoor de koolstofrijke buitenlaag zich scheidt van de glasvezels aan de binnenkant. Beide materialen kunnen vervolgens worden hergebruikt in plaats van te worden weggegooid.
PECAN is afkomstig van planten. Daardoor heeft het een ander uitgangsprofiel dan de op aardolie gebaseerde thermohardende harsen die momenteel in de industrie gangbaar zijn. NREL heeft het gepresenteerd als een eenvoudige ontwerpwijziging in plaats van een volledige herziening van het productieproces, hoewel validatie op commerciële schaal nog moet plaatsvinden.
De toenemende druk op de infrastructuur voor windenergie
Windenergie groeit onder toenemende druk. De vraag naar elektriciteit neemt toe in de belangrijkste economieën. De bouw van datacenters versnelt. De belasting van het elektriciteitsnet door kunstmatige intelligentie neemt toe op een manier die zelfs vijf jaar geleden moeilijk te voorspellen was. Windenergie blijft een van de weinige technologieën die in staat is om schone energie te leveren op de schaal die deze vraag vereist.
Die uitbreiding betekent dat er meer turbines en meer rotorbladen in gebruik worden genomen. Het betekent ook dat er uiteindelijk meer rotorbladen uit gebruik zullen worden genomen. De Global Wind Energy Council heeft voorspeld dat de hoeveelheid afval die wordt ontmanteld de komende tien jaar aanzienlijk zal toenemen, naarmate turbines van de eerste generatie het einde van hun levensduur bereiken. De afvalgroei is nu al zichtbaar.
PECAN lost niet alle aspecten van dat probleem op. Commerciële haalbaarheid buiten de prototypefase is nog niet bewezen. De economische haalbaarheid van chemische recycling op industriële schaal is onduidelijk. NREL heeft een geloofwaardig conceptbewijs geleverd. Acceptatie door de industrie hangt af van de kosten-batenverhouding, die laboratoriumresultaten nog niet kunnen bevestigen.
De ontwerpvraag opnieuw formuleren
De belangrijkste verandering die PECAN vertegenwoordigt, is wellicht conceptueel van aard. Het recyclen van rotorbladen werd lange tijd beschouwd als een afvalbeheersprobleem. De aanpak van NREL beschouwt het als een materiaalkundige vraag die beantwoord moet worden vóórdat een rotorblad überhaupt gebouwd wordt.
Als fabrikanten van rotorbladen dit kader overnemen, verandert dat de inkoopbeslissingen. Het verandert de manier waarop exploitanten de kosten aan het einde van de levensduur berekenen. Het verandert wat toezichthouders redelijkerwijs kunnen eisen. De Europese Unie heeft al stappen gezet richting uitgebreidere producentenverantwoordelijkheid voor windturbinecomponenten. Andere landen zullen mogelijk volgen.
Het werk van NREL toont aan dat een rotorblad zo ontworpen kan worden dat het net zo doelbewust uit elkaar valt als dat het in elkaar is gezet. Dat is het praktische argument voor PECAN. Of de industrie snel actie onderneemt, hangt af van kostengegevens die nog niet openbaar beschikbaar zijn.
De resultaten van het prototype zijn geloofwaardig. Het is echter nog onzeker wanneer het product commercieel zal worden ingezet.
