Ze zijn er: recyclebare windmolenbladen
Tekst: Leendert van der Ent
Nu de industriële productie van de in 2021 gelanceerde RecycableBlade van Siemens Gamesa op gang is gekomen, gaat het bedrijf de productiecapaciteit verder uitbouwen. In 2024 moet die klaar zijn voor het realiseren van grotere projecten. De productie van de recyclebare windmolenbladen zal in alle faciliteiten voor offshore-productie van het bedrijf plaatsvinden. Het doel is om vanaf 2030 alleen nog maar volledig recycleerbare bladen te produceren. “Hoewel ik niet op specifieke klanten of projecten kan ingaan, kan ik zeggen dat we druk met onze klanten in gesprek zijn over deze nieuwe bladen”, zegt duurzaamheidsspecialist Jonas Pagh Jensen van Siemens Gamesa.
Het eerste project waarin de RecyclableBlade worden toegepast is Kaskasi van RWE voor de Duitse kust. Dit park start naar verwachting deze zomer. De primeur voor Vattenfall en voor Nederland komt in 2023 in het windpark op zee Hollandse Kust Zuid. De bladen zijn ook alvast gereserveerd voor het latere project Hollandse Kust West. Na de zomer van 2022 beslist de overheid welke partij dat park mag gaan exploiteren. Als één of beide kavels aan Vattenfall worden vergund, zullen verschillende turbines met de RecyclableBlade worden uitgerust. Het nieuwe windpark zal naar verwachting in 2025-2026 operationeel worden.
Zero waste
Siemens Gamesa is niet de enige fabrikant van windturbines die bezig is met recycleerbare bladen. Vestas geeft aan ook bezig te zijn met de ontwikkeling van technologieën voor de recyclering van composieten. Daarmee wil het bedrijf zijn eigen doel halen om in 2040 zero waste windturbines te hebben. LM Wind Power is een GE-dochter die windturbinebladen produceert. In 2021 committeerde het zich aan het produceren van zero waste bladen in 2030. Daarvoor sloot het bedrijf zich aan bij het Zero wastE Blade ReseArch-consortium (ZEBRA), dat aan recyclebare bladen werkt en in maart dit jaar zijn eerste prototype presenteerde, gemaakt in de fabriek van LM Wind Power in Spanje. Hiervoor werd een hars van het Franse Arkema gebruikt in combinatie met nieuwe glasmaterialen van Owens Corning. “Het thermoplastische composietmateriaal van de bladen heeft aan het einde van zijn levensduur nog een hoge waarde en kan in andere industrieën worden toegepast in materiaal-compounds”, aldus John Korsgaard, senior director engineering excellence bij LM Wind Power. Het bedrijf start operationele testen met de bladen in de buurt van het hoofdkantoor in Denemarken. Als het project in 2023 afloopt, moet volgens ZEBRA een belangrijke horde richting een circulaire windenergiesector zijn genomen.
“De windindustrie blijft groeien en daarmee ook het aantal bladen dat op termijn het eind van zijn werkende leven bereikt”, zegt Eva Philipp, hoofd Environment and Sustainability van Vattenfall. “De inzet van recyclebare turbinebladen is een logische stap om onze duurzaamheidsambities binnen bereik te brengen.” Het wordt zelfs een noodzakelijke stap, omdat sommige landen strikte eisen aan de recycleerbaarheid van de installaties op zee gaan stellen of gaan stellen (zie kader Recyclamine-technologie).
Connora Technologies ontwikkelde en patenteerde een syntheseplatform voor polyamides en noemde dat Recyclamine. Chemiebedrijf Aditya Birla nam het bedrijf en de technologie over. Polyamides worden gebruikt als cross-klinkers in hoogwaardige composiet-toepassingen. Het platform is modulair en maakt het mogelijk om snel nieuwe polyamide-moleculen te ontwikkelen. De mogelijkheid om er thermoset-harsen te ontwikkelen die weer kunnen worden gerecycleerd tot herbruikbaar thermosplastics vormt de kern van de technologie. Het komt erop neer dat onder specifieke omstandigheden op vernattingspunten weer splitsing kan plaatsvinden. Zo kunnen vezels en kunststoffen worden teruggewonnen voor hergebruik. De eigenschappen van teruggewonnen vezels zijn vergelijkbaar met die van nieuwe vezels en kunnen weer in verschillende toepassingen worden gebruikt. De teruggewonnen epoxy-thermoplast kan worden gecomponeerd met (andere) thermoplasten of kan in teruggewonnen toestand op zichzelf worden gebruikt om kunststof componenten van te maken. Dit past binnen een circulaire economie met gesloten kringlopen.
De harstechnologie kan worden ingezet voor een verscheidenheid aan composiet-productieprocessen. De technologie levert procesvoordelen op, terwijl de prestaties op het gebied van flexibiliteit, adhesie, weerbestendigheid, taaiheid, weerstand en stabiliteit vergelijkbaar zijn met die van niet-royeerbare composietmaterialen.
Terugdraaien
De lastige recycleerbaarheid van de bladen komt door de hars. De glas- en koolstofvezels worden met hars onder hoge temperatuur en druk aan elkaar ‘gebakken’ tot windturbinebladen. Tot nu toe was het erg moeilijk om dat proces weer terug te draaien en hars en vezels te scheiden. Bovendien neemt de kwaliteit van de verschillende materialen als gevolg van de extreme procesomstandigheden af.
De sleutel tot recycleerbare windturbinebladen ligt dus bij de hars. Siemens Gamesa past een nieuw type hars toe dat is ontwikkeld door het Indiase concern Aditya Birla Advanced Materials. Beide partijen hebben de afgelopen jaren nauw samengewerkt. “Ongeveer vijf jaar geleden begonnen we ons te buigen over de recycleerbaarheid van de materialen in windturbinebladen”, vertelt Harald Stecher, Blade Materials Engineer van Siemens Gamesa. Het begon met een roadmap met de ideeën voor toekomstige materialen. “Dat was de basis voor een discussie over wat de technische eigenschappen en duurzaamheidseisen waren voor onze harsontwikkeling op korte, middellange en lange termijn. Dit voorstel hebben we met al onze harsleveranciers gedeeld. Aditya Birla was de partij die bij ons terugkwam met een idee dat aan onze behoeften voldeed.” Ook binnen het ZEBRA-project kan de hars van de vezels worden gescheiden, aldus Korsgaard: “De bladen kunnen ook worden gedepolymeriseerd, waarbij de hars opnieuw kan worden ingezet voor de productie van nieuwe bladen.”
Sprong voorwaarts
Voor de bladen van Siemens Gamesa was de Recyclamine-technologie van Aditya Birla het uitgangspunt (zie kader Regelgeving, prijs en marktvraag). Nadat de nieuwe harsoplossing, die zich nog in een conceptueel stadium bevond, in 2020 was gevalideerd door laboratoriumtests en pilotproeven, begon Siemens Gamesa begin 2021 met de productie van de eerste bladen met de RecyclableBlades-hars. “Siemens Gamesa begreep de waarde van onze Recyclamine-technologie en was als onze strategische partner in de windindustrie van het begin bij de ontwikkeling betrokken”, zegt Pradip Kumar Dubey, CEO van Aditya Birla. “In de loop der jaren hebben we samengewerkt aan verschillende harssystemen van de volgende generatie. Die hebben het mogelijk gemaakt de kwaliteit te verbeteren en de productiviteit bij de productie van bladen te verhogen. Met het recycleerbare harssysteem dat het recycleerbare blad mogelijk maakt hebben we een enorme sprong voorwaarts gemaakt.”
De marktvraag en bereidheid om de meerprijs van recycleerbare bladen te betalen bevorderen de innovatie en concurrentie in het aanbod. Frankrijk heeft al wettelijke eisen voor de recycleerbaarheid van bladen in offshore windparken ingesteld. Frankrijk en Duitsland bieden bovendien een incentive voor recycleerbaarheid bij veilingen van concessies voor windparken. Duurzaamheidsspecialist Joans Pagh Jensen van Siemens Gamesa: “EU-landen mogen hun kwalitatieve criteria deels zelf bepalen. We zien hoe elke lidstaat daarmee focus aanbrengt.”
Dit zal uiteindelijk meebepalen wanneer alleen nog maar recyclebaar bladen zullen worden geproduceerd. “Zolang we vooral concurreren op prijs, kunnen we het ons niet veroorloven ons aanbod te beperken tot recyclebare bladen. Die kosten nu eenmaal meer, en we moeten ons aanpassen aan de marktbehoeften. Maar wat ons betreft gaan we liever vandaag dan morgen over op uitsluitend recycleerbare bladen.”
Die sprong houdt in dat de hars in eenmaal geproduceerde bladen weer oplost als het blad wordt ondergedompeld in een bad met een verwarmde, lichtzure oplossing. Daarbij kunnen de vezels en geïntegreerde onderdelen van hout, metaal en plastic zonder ernstige beschadiging loskomen van de hars. Al die materialen kunnen weer worden hergebruikt.
Nieuwe toepassingen
Maar dat is nog niet alles. Het harssysteem is ook ontworpen voor een extra langzame reactiviteit om de verwerkbaarheid te verbeteren. De hars hardt ook sneller uit dan de conventionele harsen, wat bijdraagt tot een kortere cyclustijd bij de productie van bladen. Desondanks kan een blad op dezelfde manier worden geproduceerd als een standaard blad. De productie verloopt volgens hetzelfde productieproces. Er is volgens Siemens Gamesa dus geen verhoogd implementatierisico verbonden aan het nieuwe harssysteem.
“De technologie die Aditya Birla heeft ontwikkeld om te voldoen aan onze specifieke eisen, zoals een lange openstellingstijd van de matrijs en recycleerbaarheid, is de technologie die volgens ons de klus het beste klaart”, zegt Pagh Jensen van Siemens Gamesa. “Het voldoet niet alleen aan onze eisen, maar biedt ook een energiezuinige manier om de materialen terug te krijgen voor nieuwe toepassingen. Dit vertaalt zich op zijn beurt in een veel kostenefficiënter proces dan wat er momenteel op de markt beschikbaar is.”
Windmolenpark Hollandse Kust Zuid | Foto: Vattenfall