Operatorzy morskich elektrowni wiatrowych szukają sposobów na recykling zużytych łopat. Polscy naukowcy pracują nad nową technologią w tym obszarze

Aktualizacja 30.05.23 8:30

Do tej pory łopaty turbin morskich elektrowni wiatrowych były utylizowane poprzez spalanie albo składowane w glebie, co nie jest ani opłacalne, ani dobre dla środowiska. Opracowanie technologii recyklingu i zmniejszenie zużycia surowców potrzebnych do ich produkcji to w tej chwili jedno z głównych wyzwań w szybko rosnącej branży offshore. Dlatego duński Ørsted – największy deweloper morskich farm wiatrowych – nawiązał właśnie współpracę z Łukasiewicz – Instytutem Elektrotechniki, jednym z instytutów Sieci Badawczej Łukasiewicz. Wspólnie będą pracować nad technologią recyklingu łopat turbin morskich elektrowni wiatrowych. Polscy naukowcy notują już na tym polu spore postępy.

– W Polsce pierwsze morskie farmy wiatrowe pojawią się dopiero za kilka lat, ale w Europie działa ich już wiele, a do 2030 roku pojawi się jeszcze więcej, bo celem jest 100 GW. Wszyscy inwestorzy i deweloperzy morskich farm wiatrowych muszą przy tym odpowiadać na wyzwania środowiskowe związane ze zmianami klimatu, zanieczyszczeniem i nadmiernym wykorzystaniem surowców. Aby to zrobić, musimy budować bardziej efektywnie, ale też odzyskiwać już wykorzystane materiały. Dlatego wynalezienie technologii, która pozwoli wykorzystywać materiały z turbin wiatrowych i łopat – zarówno tych, które już działają w Europie, jak i tych, które dopiero będą budowane – jest wyzwaniem, ale i dużą szansą biznesową – mówi agencji Newseria Biznes Joanna Wis-Bielewicz, dyrektorka ds. rozwoju rynku Ørsted Polska.

Jak wynika z danych WindEurope, na koniec ubiegłego roku Europa miała 30 GW mocy zainstalowanej w energetyce wiatrowej na morzu. Tylko w 2022 roku przybyło ich 2,5 GW (przy 16,7 GW mocy zainstalowanej w lądowych farmach), przy czym prawie połowa powstała w Wielkiej Brytanii. Uruchomiono też pierwszą farmę offshore we Francji. Prognozy organizacji zakładają, że w latach 2023–2027 Europa zyska 129 GW z nowych farm wiatrowych, z czego offshore będzie odpowiadać za ok. 1/4. Każda z takich farm to dziesiątki turbin wiatrowych, co pokazuje skalę wyzwań związanych z ich użytkowaniem i recyklingiem w przyszłości.

– Z recyklingiem takich łopat wiążą się trzy główne wyzwania. Pierwsze to ich rozmiar – łopaty turbin mają długość od 30 do nawet 130 m, co jest wyzwaniem dla linii technologicznych do obróbki tego typu gabarytów – wyjaśnia dr inż. Sebastian Wydra, dyrektor Instytutu Elektrotechniki Sieci Badawczej Łukasiewicz.  – Drugim wyzwaniem jest zróżnicowanie materiałowe, ponieważ łopaty są produkowane z żywic epoksydowych wzmacnianych włóknem szklanym albo węglowym. To powoduje pewien kłopot, jeśli chodzi o unifikację metody recyklingu tego typu podzespołów. Trzecim wyzwaniem jest pasywność chemiczna kompozytu, z którego wykonana jest łopata. Ta cecha jest bardzo ważna ze względu na środowisko, w którym są one wykorzystywane i które naraża je m.in. na działanie wilgoci, morskiej wody, temperatury, korozji i promieni ultrafioletowych. Pasywność powoduje, że elementy turbin nie podlegają tego typu procesom. W obróbce recyklingowej jest to wyzwanie dla wykonania samego recyklatu, a po drugie – jeżeli zamierzamy wykorzystać nowe produkty wtórne w morskiej energetyce wiatrowej, to chcemy, żeby one tę pasywność posiadały.

Do tej pory łopaty turbin wiatrowych są utylizowane poprzez spalanie, co wiąże się z emisją toksyn, lub składowane w glebie. Oba te rozwiązania nie są ani dobre dla środowiska, ani opłacalne. Inżynierowie z Łukasiewicz – Instytutu Elektrotechniki pracują nad metodami recyklingu takich podzespołów i wtórnym zagospodarowaniem odzyskanych surowców. Mogą one posłużyć do wyrobu produktów serwisowych i wyposażenia nowo budowanych farm wiatrowych i jednostek, które wciąż są w trakcie eksploatacji.

– Ponieważ łopaty turbin wiatrowych morskich są wykonane z kompozytów wysokiej jakości, to chcemy tę wartość zachować. Dlatego w pierwszej kolejności wykonujemy z nich recyklat w postaci mączki kompozytowej, który ma rozmiar 100 mikronów. Następnie wykonujemy z niego gotowe produkty, które mają służyć w już istniejących farmach wiatrowych, takie jak pasty, lakiery, powłoki do serwisowania elementów. Wykonujemy również elementy wymienne typu daszki, podesty, wizjery, które bardzo szybko się degradują ze względu na środowisko, w którym są wykorzystywane, czyli warunki morskie – tłumaczy dr inż. Sebastian Wydra.

Działalność naukowa polskiego środowiska badawczego zainteresowała Ørsted. Duńska firma już w 2021 roku zadeklarowała, że żadne wyeksploatowane łopaty turbin wiatrowych nie będą składowane na wysypiskach śmieci, ale zostaną ponownie wykorzystane lub poddane recyklingowi. Obecnie odzyskuje już 95 proc. materiałów z wycofanych z eksploatacji turbin. Teraz firma nawiązała współpracę z Łukasiewicz – Instytutem Elektrotechniki należącym do największej, polskiej sieci badawczej.

– To jest porozumienie, w ramach którego będziemy wspólnie realizować projekt mający na celu stworzenie nowych technologii, pozwalających wykorzystać turbiny i łopaty z morskich farm wiatrowych, które muszą już zostać wycofane z użytku – mówi Joanna Wis-Bielewicz.

Zgodnie z zawartym porozumieniem Ørsted przekaże naukowcom materiał badawczy, czyli próbki zużytych łopat. Instytut wykorzysta je, żeby kontynuować rozpoczęte w 2022 roku badania nad gospodarką cyrkularną morskich turbin wiatrowych.

– Wyzwania środowiskowe stawiają nas w sytuacji, w której jako biznes musimy zmieniać nasze modele działalności, ograniczać nasz negatywny wpływ na środowisko. A do tego potrzebujemy innowacyjności. To właśnie innowacyjne technologie pomogą nam budować lepiej, szybciej, bardziej efektywnie i mniej zanieczyszczać środowisko, w którym żyjemy i od którego zależymy – mówi dyrektorka ds. rozwoju rynku Ørsted Polska.

Ørsted zbudował pierwszą na świecie morską farmę wiatrową w 1991 roku, a w tej chwili jest jednym z liderów sektora offshore i odnawialnych źródeł energii. Duńska firma została też po raz czwarty z rzędu uznana w rankingu Corporate Knights 2021 za najbardziej zrównoważoną firmę energetyczną na świecie. Polska jest jednym ze strategicznych rynków dla Ørsted. Wspólnie z PGE realizuje na Bałtyku projekt morskiej farmy wiatrowej Baltica 2+3, o łącznej mocy zainstalowanej do 2,5 GW, co docelowo pozwoli zasilić zieloną energią ok. 4 mln polskich gospodarstw domowych. Będzie to nie tylko największa elektrownia wiatrowa na polskich wodach Morza Bałtyckiego, ale i jedna z największych na świecie. Inwestycja, realizowana jako joint venture, jest podzielona na dwa etapy – uruchomienie pierwszego ma nastąpić w 2027 roku, zaś drugiego – trzy lata później. W kwietniu tego roku Grupa PGE i Ørsted zrobiły milowy krok w tym kierunku, podpisując z Siemensem umowę na dostawę i serwisowanie 107 turbin wiatrowych, każdej o mocy 14 MW.

Sieć Badawcza Łukasiewicz to z kolei jedna z największych sieci badawczych w Europie. Tworzą ją 22 instytuty badawcze zlokalizowane w 12 miastach Polski. Organizacja działa w formule Science Is Business, tworząc innowacje i rozwiązania usprawniające działanie biznesu.

– Co do zasady nie podejmujemy się projektów, które nie rozwiązują konkretnych, rzeczywistych problemów. Firma Ørsted jest wiodącym podmiotem na rynku morskiej energetyki wiatrowej, dla której my też bardzo prężnie działamy. Nasze dwie organizacje się spotkały: my z punktu widzenia umiejętności i technologii, innowacyjnych rozwiązań materiałowych, a firma Ørsted z biznesową potrzebą, ze względu na utrzymanie farm wiatrowych i degradację materiału, z którego są wykonane, a także potrzebą gospodarki zero waste. Dlatego ta współpraca jest obustronnie bardzo korzystna. Traktujemy to jako bardzo ważne dla nas zadanie i bardzo przyszłościowe – mówi dr inż. Sebastian Wydra.