Recycling von Rotorblättern

Recycling von großformatigen Compositebauteilen – Rotorblättern

Composite aus Verstärkungsfasern mit duroplastischen Kunststoffen als Matrixmaterial stehen seit einigen Jahren durch ihr enormes Leichtbaupotential und hoher Wirtschaftlichkeit im FoKus neuer Materialentwicklungen. Sie finden derzeit verstärkt Eingang in neue Produkte und werden somit zukünftig in großen Mengen zum Recycling anstehen. Bei Rotorblättern von Windkraftanlagen werden neben faserverstärkten Kunststoffen auch Füllstoffe wie Balsaholz oder Kunststoffschaum in Sandwichbauweise eingesetzt, um zusätzlich Gewicht zu sparen. Der Vorteil von Hybridwerkstoffen, die sich durch einen geeigneten Mix von Materialien als Verbund an die jeweiligen Anforderungen anpassen lassen, erweist sich im Hinblick auf die Entsorgung bislang als Nachteil. Das Recycling dieser Verbundmaterialien, insbesondere die Trennung der Komponenten unter Beibehaltung der Qualitätsmerkmale, ist noch ungelöst.

© Foto Fraunhofer ICT

Rotorblattcomposite im Verbund als Querschnitt (oben) und zerkleiner (unten).

Zur Entwicklung einer ökonomischen und ökologischen Recyclinglösung für Composite muss die gesamte Recyclingkette von der Demontage über die Aufbereitung bis hin zur Bereitstellung von verarbeitungsfähigen Sekundärrohstoffen betrachtet werden. Besonders bei großformatigen Bauteilen wie Rotorblättern, gestalten sich diese Arbeitsschritte jedoch schwierig. Eine Demontage dient hier nach dem Stand der Technik lediglich der Bereitstellung transportfähiger genehmigungsfreier Rotorblattsegmente und weniger der Separierung in die einzelnen Fraktionen. Die aktuell zur Entsorgung anfallenden Rotorblätter bestehen aus glasfaserverstärktem Kunststoff in Sandwichbauweise mit Kunststoffschaum oder Balsaholz als Füllstoff. Am Flansch, der Verbindung zum Rotor, befinden sich große Metallbolzen und im inneren des Blattes meist Kupferleitungen als Blitzableiter. In Rotorblättern der neueren Generation sind zusätzlich vereinzelt und je nach Hersteller auch noch kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe in den besonders belasteten Bereichen verbaut. Aktuelle Forschungsarbeiten beschäftigen sich unter anderem mit dem Einsatz von thermoplastischen Strukturen in Rotorblättern, wodurch der bestehende Materialmix noch weiter erhöht wird. Eine Trennung der einzelnen Fraktionen bereits vor Ort an der Anfallstelle würde die darauffolgenden Prozesse der Aufbereitung und Materialrückgewinnung effizienter werden lassen. Das Recycling von Rotorblattmaterialien wird bislang durch eine mechanische Zerkleinerung des gesamten Verbundes und anschließenden Einsatz als Brennstoff und Sandsubstitut in der Zementindustrie verwendet oder eine thermische Verwertung in Müllverbrennungsanlagen durchgeführt.

Im Rahmen des ForCycle Projektes „Recycling von Kompositbauteilen aus Kunststoffen als Matrixmaterial“ wird am Fraunhofer ICT die energetische Demontage von Rotorblättern und damit die Bereitstellung der unterschiedlichen Fraktionen und anschließenden materialspezifischen Aufbereitung untersucht. Ziel des Projektes ist die Rückgewinnung von Sekundärrohstoffen zum erneuten hochwertigen Einsatz. Die technologischen Möglichkeiten zur Rückgewinnung des Fasermaterials umfassen dabei mechanische, thermische als auch chemische Prozesse. In Zusammenarbeit mit der Technischen Hochschule Nürnberg
wird neben der Freilegung der Faser aus dem Matrixmaterial auch die Rückgewinnung von diesem Harzmaterial und den Füllstoffen untersucht, um einen ökologisch und ökonomisch effizienten Recyclingprozess darzustellen. Mit einer abschließenden Bilanzierung der neuen Prozesse und Materialien sowie einem Vergleich zum Stand der Technik beim Recycling von Rotorblättern, wird die Nachhaltigkeit der neuen Entwicklungen aufgezeigt.