Преодоление прочности

В поисках подхода ко вторичной переработке лопастей
25.09.2020
Мария Суханова

Всякое оборудование, каким бы запасом прочности оно ни обладало, рано или поздно изнашивается. Тогда его нужно утилизировать с наименьшими затратами и минимальным ущербом для окружающей среды, и прочность из достоинства превращается в проблему. Очень ярко это проявляется в случае лопастей ветрогенераторов: для всех остальных частей турбины известны варианты переработки или повторного использования, а для них - нет. Очень трудно сделать что бы то ни было с махиной, изготовленной в расчете на длительную работу под экстремальными нагрузками.

«Кремация» и захоронение

Ветровые турбины рассчитаны на двадцатилетний срок эксплуатации, и первое их поколение в странах Евросоюза постепенно вырабатывает остатки ресурса. Ожидается, что к 2023 году с ветровых турбин будет снято 14 тыс. лопастей, - какой будет их судьба? Три европейских объединения - WindEurope (ветроэнергетическая ассоциация), Европейский совет по химической промышленности (European Chemical Industry Council) и Европейская ассоциация производителей композитов (European Composites Industry Association) - выпустили в мае отчёт, специально посвящённый этой теме. Согласно ему композитные отходы сегодня перерабатываются главным образом на цементных заводах; альтернативные технические решения, позволяющие извлечь из ценного материала больше пользы, существуют, но пока недоступны в промышленном масштабе и не достигли конкурентоспособности. Соответственно рекомендуется содействовать разработке и продвижению этих решений, не забывая и о расширении сети традиционных пунктов переработки (таких, как цементные заводы), стремиться к учёту всего жизненного цикла изделий и интересов всех участников цепочки создания ценности.

Через сколько десятилетий лопасти сгниют на мусорном полигоне?

В Америке, где развитие ветроэнергетики началось позже, демонтированные лопасти, благо их было сравнительно немного, до недавнего времени просто вывозили на мусорные полигоны. Сейчас их становится больше: по одной из оценок, на протяжении четырёх ближайших лет в США будет сниматься с ветряков 8000 лопастей ежегодно. Число внушительное, но согласно исследованию Института электроэнергетики (Electric Power Research Institute) США, это капля в море: общая масса снятых лопастей в стране вплоть до 2050 года не превысит 0,015% от количества твёрдых отходов, отправленных на муниципальные полигоны за один только 2015-й. Однако общественность бьёт тревогу.

Обе оценки приводит корреспондент новостного агентства Bloomberg Крис Мартин, который в феврале опубликовал репортаж с мусорного полигона в Каспере, штат Вайоминг, - «места последнего упокоения 870 лопастей, чьи дни выработки возобновляемой энергии подошли к концу». Прошлым летом, когда стартовал соответствующий проект, этот полигон приобрёл скандальную известность из-за фотографий с места захоронения разрезанных лопастей. Пользователи соцсетей писали по этому поводу язвительные комментарии, общий смысл которых сводился к тому, что ветроэнергетика не имеет права называться экологически чистой отраслью, если производит такое количество отходов. Для работников полигона это, конечно, был шок. Они, кстати, пытались трамбовать и плотнее укладывать лопасти, чтобы уменьшить занятый ими объём, но без особого результата. Сейчас проект завершён.

Мартин упоминает и другой полигон, принимающий лопасти, - он находится в Лейк-Миллз, штат Айова, и управляется компанией Waste Management Inc. Там, по словам её представителя Джули Кетчем, применяется некое «решение по обработке, переработке и размещению лопастей ветряков». Вероятно (хотя прямо это, кажется, не говорится), имеется в виду измельчение - в таком виде действительно удастся захоронить больше.

Но измельчение не обязательно предшествует закапыванию (как в Америке) или сжиганию (как в Европе): есть и проекты, в которых за ним следует более полезная переработка.

«Реинкарнация»

Американский стартап Global Fiberglass Solutions разработал технологию измельчения лопастей и последующего их прессования в гранулы и панели для покрытия полов и стен. У компании уже построен завод в Техасе - штате с наибольшей концентрацией ветропарков - и есть планы по обустройству ещё одного производства в Айове. По словам главы Global Дона Лилли, утилизируется 99,9% стеклопластика, а один завод мог бы перерабатывать порядка шести-семи тысяч лопастей в год, если бы нашлось достаточно покупателей готовой продукции.

Еще одна молодая американская компания, Carbon Fiber Recycling, разработала технологию извлечения стекловолокна из композитных материалов и недавно продемонстрировала этот процесс на демонтированной лопасти ветряка. Стекловолокно, отделённое от эпоксидной матрицы, продаётся в форме дискретных волокон или листов, а эпоксидная смола используется как топливо; дополнительно компания предлагает изготовить по запросу заказчика композитный материал с определёнными свойствами. В настоящее время Carbon Fiber Recycling строит в штате Теннеси завод, рассчитанный на переработку почти двух тысяч тонн стеклопластиковых отходов в год, и собирает для него сырьё. Запуск предприятия намечен на первый квартал будущего года.

В Германии, в Институте Вильгельма Клаудица (Институт исследований древесины Общества имени Фраунгофера, Fraunhofer WKI), обратили внимание на наполнитель лопастей. Часто это пробковое дерево, которое можно переработать в так называемую «деревянную пену» - изобретённый в том же институте инновационный изоляционный и упаковочный материал, сходный по своим свойствам со вспененными пластиками, но изготовленный из натурального сырья. Процесс извлечения древесины из лопасти должен включать её разделку на поперечные секции на месте демонтажа, грубое измельчение и сепарацию наполнителя. Всё это обеспечено с высокой степенью технического совершенства в технологии подготовки лопастей к пережиганию на цементном заводе, разработанной компанией CompoCycle. Авторы проекта вносят в данный процесс одно небольшое, но существенное новшество: при первичной разделке лопасти сегменты, содержащие наполнитель, отделяются от остальных (для которых этап сепарации можно пропустить) и дальше перерабатываются особо.

Пробковое дерево до и после отделения от фрагмента лопасти

Заметка о проекте WKI была опубликована в августе, а ещё об одном проекте, разрабатываемом в Национальной лаборатории возобновляемой энергии США (NREL), мы писали год назад. Исследователи экспериментируют с композитными материалами на основе термопластичных смол взамен используемых сейчас эпоксидных. Партнёром NREL выступает компания Arkema, разработчик таких смол, выпускаемых под торговой маркой Elium. Термопластичные смолы твердеют при комнатной температуре, благодаря чему снижаются затраты энергии и сокращается время на производство лопастей. А тот факт, что готовый пластик допускает термосварку, радикально меняет весь жизненный цикл лопасти. Исчезает необходимость транспортировать лопасть целиком - её можно привезти на место установки по частям и сварить уже там; повреждённые лопасти в определённых случаях становится возможным отремонтировать прямо на площадке ветропарка; утилизация отслуживших лопастей перестаёт быть проблемой.

Опытное производство лопастей в NREL с использованием
термопластичной смолы

Результаты первых экспериментов были достаточно обнадёживающими, чтобы начинать думать о полевых испытаниях. Разработчики рассчитывают заинтересовать своим проектом операторов новых морских ветропарков, а первые лопасти собираются изготовить на производственной площадке NREL.

Источник: Энерговектор

Читайте другие наши материалы