Kemisk återvinning av glasfiberkomposit från vindturbinblad
2020 (Swedish)Report (Other academic)Alternative title
Chemical recycling of glass fiber composite from wind turbine blades (English)
Abstract [sv]
Utmaning är här nu - vi står inför en helt ny ström av kompositavfall från uttjänta vindturbinblad. Huvudmålet för detta projekt har varit att undersöka möjligheten att utveckla en kemisk återvinningsprocess för uttjänta vindturbinblad. Dessutom har Sveriges problematik med avseende på hantering av framtida avfallströmmar från vindturbinblad undersökts.Målet har varit att utveckla en solvolysprocess som kan användas på samtliga material i ett vindturbinblad dvs härdplastglasfiberkomposit (epoxi- och polyesterhärdplast och glasfiber), termoplaster (PET, PVC, PU) och balsaträ. Efter en screening av olika alternativa solvolyssystem har en tvåstegsprocess med glykol, alkohol och vatten optimerats (T 270-330 C, P<170 bar, 16-20 timmar). Från ett epoxibaserat vindturbinblad (ca 20-30% epoxiplast och ca 60-70% glasfiber) innehållande balsaträ erhölls produktströmmarna 15 vikt% olja och 65 vikt% glasfiber samt 13 vikt% pappersmassafraktion (räknat på bladvikt). För en möjlig ekonomisk lönsam kemisk återvinningsprocess måste högvärdiga slutprodukter genereras från vindturbinbladen. Vår bedömning är att oljan är den mest värdefulla produkten trots det låga utbytet. Produktoljan som har liknade kemisksammansättning som fossil olja (väte/kol kvot, H/C 1.5) har potential att ersätta fossil olja som ingångs material i raffinaderier och bidra till att framtida s.k. plastreturraffinaderier utvecklas. På detta sätt skulle vi kunna recirkulera kolväten vilket minskar uttaget av ny fossil olja och bidrar till minskad klimatpåverkan. Rekovind har också undersökt återvinnings problematiken runt hantering av vindturbinblad historiskt och estimerat framtida materialströmmar i Sverige. Eftersom installation av vindturbiner tog fart under 1990- och 2000-talet och den beräknade livslängden var 20-25 år, är behovet av lösningar för hantering av nedmonterade blad akut. I Sverige förväntas ca 1000-blad att behöva tas ur bruk mellan 2020-2025. Historiskt har det inte varit många nedmonteringar och dessa har hanterats med olika lösningar: renovering och andrahandsmarknad, förbränning och deponi. Vanligtvis upphandlas en återvinningslösning med en entreprenör och beroende på vilket land återvinningen sker i bestämmer vilket alternativ som praktiseras. Då det inte finns något producentansvar idag är det ägaren av vindkraftverket som ansvarar för återvinningen. (Bilaga 2 rapport: Circular economy and the management of end-of-life wind turbine blades) Under projektets gång har projektidén och resultat kommunicerats och diskuterats med industrin dvs bladtillverkare, vindkraftägare samt återvinnings- och kemisk industri. Vår tolkning av dessa möten är att intresset och viljan finns hos alla aktörer i värdekedjan för att samverka mot mer cirkulära lösningar för en hållbar vindkraft. Däremot saknas den ekonomiska potential för att utveckla de avancerade kemiska processerna då de är energikrävande och de återvunna slutprodukterna är idag dyrare än nytillverkad glasfiber resp. fossil olja.
Abstract [en]
The challenge is here now - we are facing a whole new stream of composite waste from decommissioned wind turbine blades. The main objective of this project has been to study the possibility of developing a chemical recycling process for Endof- Life wind turbine blades. In addition, the challenges of future waste streams from Swedish wind turbine blades has been investigated. The goal has been to develop a solvolysis process that can be used for all materials in a wind turbine blade, i.e. thermosetting glass fiber composite (epoxy and polyester thermosets and fiberglass), thermoplastics (PET, PVC, PU) and balsa wood. After a screening of various alternative solvents systems, a two-step process with glycol, alcohol and water has been used (T 270-330 C, P <170 bar, 16-20 h) for the separation of plastics from the glass fiber. From an epoxy-based wind turbine blade (approximately 20-30% epoxy plastic and 60-70% fiberglass) containing balsa wood, the product streams obtained were: 15 mass% oil and 65 mass% fiberglass and 13 mass% pulp fraction (calculated on blade weight). For a potentially economically profitable chemical recycling process, high-quality end products must be generated from the wind turbine blades. Our assessment is that the oil is the most valuable product despite the low yield. The product oil, which has similar chemical composition as fossil oil (hydrogen/carbon ratio, H/C 1.5) has the potential to replace fossil oil as an input material in refineries and contribute to the developed of future plastic refineries. In this way, we could recycle our hydrocarbons used for plastics, reducing the use of new fossil oil and contributing to reduced climate impact. Rekovind has also investigated the recycling problem of the management of wind turbine blades historically and estimated future material streams in Sweden. Since the installation of wind turbines took off in the 1990s and 2000s and the estimated service life was 20-25 years, the need for waste management solutions is urgent for future decommissioning of these wind turbines. In Sweden, about 1000 wind turbine blades are expected to be taken out of use between 2020-2025. Historically, the decommissioned wind turbine blades have been handled with different solutions: renovation and second-hand market, incineration and landfill. Usually, a recycling solution is procured with a contractor and depending on which country the recycling takes place in decides which alternative is practiced. Since there is no producer responsibility today, the owner of the wind turbine is responsible for recycling. (Annex 2 report: Circular economy and the management of end-of-life wind turbine blades) During the course of the project, the project idea and results has been communicated and discussed with relevant industry partners, i.e. blade manufacturers, wind turbine owners and recycling companies. Our interpretation of these meetings is that there is strong interest for all members of the value chain to work together towards more circular solutions for sustainable wind power. However, there is little economic potential for the development of advanced chemical processes since the energy consumption is high and the recycling products are more expensive than virgin fiberglass and fossil oil.
Place, publisher, year, edition, pages
2020. , p. 14 + bilagor
Series
Energimyndigheten Slutrapport ; Projektnr 47044-1
Keywords [en]
Kemisk återvinning, solvolys, HTL, glasfiberkomposit, End-of-Life, vindturbinblad, cirkulär ekonomi
National Category
Natural Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:ri:diva-52186OAI: oai:DiVA.org:ri-52186DiVA, id: diva2:1525435
Note
Bilaga 1. Solvolys av vindturbinblad
Bilaga 2 rapport: Circular economy and the management of end-of-life wind turbine blades
2021-02-032021-02-032025-09-23Bibliographically approved