Ветроэнергетика имеет огромную проблему отходов. Новые технологии могут стать на шаг ближе к ее решению
Ветряные турбины строятся надолго. Их высокие корпуса увенчаны длинными стеклопластиковыми лопастями, некоторые из которых имеют длину более половины футбольного поля и рассчитаны на самые суровые и ветреные условия.
Но эта прочность порождает большую проблему: что делать с этими лопастями, когда их срок службы подходит к концу.
В то время как около 90% турбин легко перерабатываются, их лопасти — нет. Они изготовлены из стекловолокна, скрепленного эпоксидной смолой, — материала настолько прочного, что его невероятно трудно и дорого разрушить. Большинство лопастей заканчивают свою жизнь на свалке или сжигаются.
Эта проблема не дает покоя ветроэнергетической отрасли и служит пищей для тех, кто стремится дискредитировать ветроэнергетику.
Но в феврале датская ветроэнергетическая компания Vestas заявила, что она решила эту проблему.
Она объявила о «прорывном решении», которое позволит перерабатывать лопасти ветряных турбин без необходимости изменения их конструкции или материалов.
Компания заявила, что «недавно открытая химическая технология» разлагает старые лопасти в жидкости для получения высококачественных материалов, которые в конечном итоге могут быть использованы для изготовления новых лопастей, а также компонентов в других отраслях.
Клэр Барлоу, инженер по экологическому развитию и материалам Кембриджского университета, сказала, что если подобную технологию удастся масштабировать, она «может изменить ход игры».
В 2019 году изображение с региональной свалки Каспер в Вайоминге, на котором видны груды длинных белых лопастей, ожидающих захоронения, стало вирусным, вызвав критику экологических характеристик ветроэнергетики.
Ветроэнергетика развивается быстрыми темпами. Она занимает первое место в мире по использованию возобновляемых источников энергии после гидроэнергетики и играет жизненно важную роль, помогая странам отказаться от использования ископаемого топлива, которое загрязняет окружающую среду.
Но по мере того, как первое поколение ветряных турбин начинает подходить к концу срока службы, а другие заменяются раньше, чтобы освободить место для более новых технологий, включая более длинные лопасти турбин, которые могут захватывать больше ветра и вырабатывать больше энергии, вопрос о том, что делать с их огромными лопастями, становится все более актуальным.
По прогнозам, к 2050 году объем отходов лопастей в США достигнет 2,2 миллиона тонн. В мировом масштабе к 2050 году эта цифра может составить около 43 миллиона тонн.
Существует несколько простых способов решения этой проблемы.
Существующие варианты не только расточительны, но и имеют экологические недостатки. Сжигание мусора приводит к загрязнению окружающей среды, и, хотя ветряные компании утверждают, что при захоронении лопастей на свалках нет проблемы токсичности, Барлоу говорит, что это не совсем очевидно.
«Это не так благотворно, как можно подумать», — говорит она.
Материалы турбинных лопаток делают их переработку трудной и дорогостоящей. Эпоксидные смолы, используемые для изготовления лопаток турбин, называются «термореактивными».
«Если их нагреть, они не меняют своих свойств, пока просто не сгорят», — говорит Барлоу. «Вы не можете просто смять их и переработать материал во что-то легко пригодное для повторного использования».
Вот почему компания Vestas надеется, что ее новая технология может оказаться действительно перспективной.
«Это была ключевая проблема экологического развития в отрасли. И поэтому мы, конечно, очень рады, что нашли решение», — Лиза Экстранд, руководитель отдела устойчивого развития компании Vestas.
Процесс, над которым компания работала в партнерстве с Орхусским университетом, Датским технологическим институтом и американской компанией Olin, производящей эпоксидную смолу, использует жидкий химический раствор для разрушения лопасти на фрагменты эпоксидной смолы и волокна. Затем эпоксидная смола отправляется в компанию Olin, которая может переработать ее в эпоксидную смолу «девственного качества», сказал Экстранд.
В процессе используются недорогие, нетоксичные химикаты, которые легко доступны в больших количествах, добавила она. «Мы ожидаем, что это будет технология с низким энергопотреблением и низким уровнем выбросов CO2».
Компания пока не разглашает дальнейшие подробности, включая химические вещества и количество повторений процесса.
Экстранд сказала, что они оформляют патенты, и в конечном итоге планируется лицензировать эту технологию другим компаниям.
До сих пор компания Vestas испытывала технологию в лаборатории, но сейчас строит экспериментальную установку для более масштабных испытаний в течение двух лет, после чего надеется вывести ее на коммерческую основу.
Компания Vestas далеко не первая, кто пытается решить эту сложную проблему. Компании и ученые уже много лет работают над различными подходами, хотя многие потенциальные решения только зарождаются или остаются маломасштабными.
Один из подходов заключается в измельчении лопастей и использовании материала в других отраслях. Недостатком является то, что огромные лопасти сложно транспортировать и дробить. «Поскольку материал стоит не так уж много, делать это нецелесообразно», — говорит Барлоу.
Но некоторые компании утверждают, что у них это получается.
Veolia, компания по управлению ресурсами со штаб-квартирой во Франции, превращает старые лопасти в ингредиент для производства цемента.
Она измельчает, сортирует и смешивает материалы лопаток перед отправкой их в цементные печи. По данным компании Veolia, использование этой смеси снижает загрязнение планеты при производстве цемента на 27%. На сегодняшний день в рамках программы было переработано 2 600 лопастей.
Carbon Rivers, компания из Теннесси, сотрудничает с Министерством энергетики США, чтобы помочь расширить масштабы своей технологии «пиролиза» — формы химической переработки, при которой используется очень высокая температура в бескислородной среде.
По словам компании, в результате процесса получаются стекловолокна, которые затем могут быть использованы в новых лопастях ветряных турбин, а также в автомобильной и судоходной промышленности. Кроме того, он производит масло, которое может быть использовано в производстве энергии, сказал Дэвид Морган, главный стратег Carbon Rivers.
Технология позволяет им «полностью перерабатывать лопасти ветряных турбин» в процессе, который является «чистой положительной энергией», добавил Морган.
На данный момент Carbon Rivers переработала 41 лопасть весом 268 тонн и строит перерабатывающие мощности с целью увеличения производительности до 5800 лопастей в день.
Другие усилия направлены на изменение материалов, используемых для изготовления турбин, чтобы создать новое поколение лопастей, которые легче перерабатывать.
В 2022 году исследователи из Мичиганского университета объявили о создании новой смолы для лопастей путем объединения стекловолокна с полимером растительного происхождения и синтетическим полимером, который может быть переработан в ингредиенты для продуктов, включая новые лопасти турбин, крышки ноутбуков, электроинструменты и даже конфеты в виде жевательных мишек.
«Мы восстановили пищевой лактат калия и использовали его для изготовления конфет в виде жевательных мишек, которые я съел», — сказал в своем заявлении Джон Дорган, профессор химической инженерии в Мичиганском государственном университете.
Для тех, кто опасается есть старую турбину, Дорган сказал: «Атом углерода, полученный из растения, например, кукурузы или травы, ничем не отличается от атома углерода, полученного из ископаемого топлива. Все это часть глобального углеродного цикла, и мы показали, что можем перейти от биомассы в поле к прочным пластиковым материалам и обратно к пищевым продуктам».
Конечно, это не поможет с лопастями, которые сейчас выводятся из эксплуатации.
Причина, по которой открытие компании Vestas может быть столь убедительным, говорит Барлоу, заключается в том, что оно обещает процесс восстановления материалов многократного использования из текущих лопастей турбин без использования вредных химикатов и огромного количества энергии. «Это настоящий выигрыш», — сказала она.
Теперь компании необходимо расширить масштабы.
«Возникнут всевозможные проблемы, о которых они еще не догадывались. Так что это может быть медленно, но это хороший старт для десяти», — говорит Барлоу.
Читайте также:
- За информацию о незаконном сбросе отходов в канализацию предлагается вознаграждение в размере $25 000
- Сбор и утилизация медицинских отходов Воронеж
- Решение проблемы гор отходов пока не найдено
- Вывоз строительных отходов Воронеж
- Вывоз и утилизация опасных отходов Воронеж