Na naszych oczach sektor energetyczny ulega rewolucji napędzanej przez rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną, postęp technologiczny oraz zieloną transformację. Rosnąca liczba farm wiatrowych onshore i offshore sprawia, że turbiny wiatrowe stają się powoli integralną częścią naszego krajobrazu. Skłania to do refleksji nad kwestią utylizacji odpadów, jakie powstaną po modyfikacji (ang. repowering) lub zakończeniu pracy instalacji i jej demontażu, a także zarządzania nimi w najbardziej efektywny sposób, stosując np. założenia gospodarki o obiegu zamkniętym (GOZ) – pisze Rafał Remiśko ze Studenckiego Koła Naukowego Energetyki SGH.
Coraz większe potrzeby
Zgodnie z prognozami Międzynarodowej Agencji Energii (ang. The International Energy Agency, IEA) globalne zapotrzebowanie na energię elektryczną w 2022 roku wzrośnie o cztery procent. Jednocześnie przewidywania na 2022 rok wskazują na ponad sześcioprocentowy wzrost udziału OZE (energetyki wodnej, wiatrowej i słonecznej) w światowej produkcji energii elektrycznej. W kontekście Polski analitycy Banku Pekao w swoim Barometrze Sektorowym 2022 raportują, że produkcja energii elektrycznej wzrosła w pierwszych 11 miesiącach 2021 roku o 13 procent rok do roku i przewyższyła nawet poziom z 2019 roku, a więc przed pandemią koronawirusa. W tym samym okresie w Polsce wzrosło także wytwarzanie zielonej energii o 1,8 TWh, co przekłada się na niespełna osiem procent rok do roku. Dynamicznie rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną jest skutkiem rozwoju gospodarczego, postępującej cyfryzacji oraz rosnącej liczby sprzętów elektronicznych, z których korzystamy zarówno prywatnie, jak i zawodowo. Zaś okresowe piki zapotrzebowania związane są z postępującymi zmianami klimatycznymi.
Wzrost mocy farm wiatrowych
Skutkiem rosnącego zapotrzebowania na energię elektryczną, rozwoju technologii OZE, trwającej transformacji energetycznej i realizacji celów klimatycznych jest rosnącą liczba farm wiatrowych w Polsce. Według danych Agencji Rynku Energii (ARE) na dzień 31 grudnia 2021 roku zainstalowana moc farm wiatrowych wynosiła 7116,7 MW, co daje wzrost o 11,5 procent rok do roku. Zgodnie z prognozami zawartymi w raporcie Polskiego Stowarzyszenia Energetyki Wiatrowej i Instytutu Jagiellońskiego, do 2030 roku realizacja inwestycji w nowe farmy wiatrowe może przynieść w najkorzystniejszym wariancie70-133 mld PLN przyrostu PKB, 490-935 mln PLN wpływów do kas samorządów, około 80 mld PLN w zamówieniach produktów i usług oraz przyczynić się do powstania 51 do 97 tysięcy nowych miejsc pracy. Tak dynamiczny rozwój energetyki wiatrowej będzie miał bez wątpienia wpływ na środowisko naturalne.
Budowa turbin wiatrowych
Najczęściej spotyka turbina wiatrowa to fundament (podstawa), wieża (maszt), gondola z przekładnią, generatorem i układem sterowania oraz wirnik z łopatami.O ile stalowo-betonowa podstawa, stalowy maszt i sama gondola wykonana najczęściej z miedzi, krzemionki i stali nie przysparzają problemów w procesie recyklingu, to już termoutwardzalne łopaty wirnika stanowią pewne wyzwanie. W efekcie nawet do 15 procent demontowanej instalacji pozostaje nieprzetworzone, stając się tym samym problematycznymi odpadami. Ta problematyczność wynika z użytych do ich produkcji materiałów kompozytowych tj. polimerów zbrojonych włóknami (ang. fiber reinforced polimer, FRP), będących materiałami niezwykle trwałymi, co jest pożądane z punktu widzenia eksploatacji, trwającej nawet 25 – 30 lat. Po zakończeniu pracy turbiny, najgorszym rozwiązaniem z perspektywy środowiska naturalnego byłoby ich składowanie na wysypiskach i związane z tym skażenie lub spalanie z wydzielaniem toksycznych produktów ubocznych. Nie oznacza to jednak, że jesteśmy skazani na życie w cieniu rosnącej góry odpadów. Powstają bowiem kolejne technologie, pozwalające rozwiązać ten problem. Wśród nich wyróżniamy dwie kategorie: upcykling (faza przejściowa pozwalająca częściowo rozwiązać problem tu i teraz) i recykling (faza docelowa w miarę rozwoju technologicznego).
Recykling
Jedną z podstawowych strategii w ochronie środowiska naturalnego jest recykling, który polega na odzyskiwaniu surowców z odpadów i ich powtórne wykorzystanie przy produkcji nowych towarów.Pierwszą możliwością jest poddanie FRP procesom mechanicznym, w wyniku których materiał wejściowy jest cięty na mniejsze elementy, rozdrabniany i przetwarzany do postaci granulatu o rozmiarze 10 mm lub mniejszym, w zależności od zapotrzebowania. Powstały produkt może być później wykorzystany np. w budownictwie. Zużyte komponenty turbin wiatrowych poddaje się również obróbce termicznej (pirolizie), w wyniku której uzyskuje się włókna, mogące posłużyć wytwarzaniu klejów, farb i betonu. Oba przedstawione procesy są jednak dość energochłonne, a tym samym kosztowne i mało popularne.Ostatnim osiągnięciem w tym zakresie technologii recyklingu może pochwalić się firma Siemens Gamesa Renewable Energy (SGRE), która podeszła do problemu od strony samego procesu wytwarzania łopat i zastosowała w nich inny rodzaj żywicy. Dzięki temu wyprodukowała łopaty, które mogą zostać poddane recyklingowi -po zanurzeniu materiału w podgrzanym roztworze łagodnego kwasu, możliwe jest oddzielenie żywicy od włókna szklanego, plastiku, drewna i metalu. Następnie odzyskane surowce, po opłukaniu i wysuszeniu, są gotowe do ponownego użytku z zastrzeżeniem, że nie mogą być one wykorzystane ponownie do produkcji łopat, ale mogę znaleźć zastosowanie w innych gałęziach przemysłu. Nowy produkt SGRE ma być pilotażowo zastosowany przy budowie nowo powstającej farmy wiatrowej Kaskasi powstającej u wybrzeży Niemiec (offshore).
Upcykling
Inną strategią stosowaną w działaniach na rzecz środowiska naturalnego jest upcykling, który polega na powtórnym przetworzeniu odpadów, którego wynikiem jest powstanie innych pełnowartościowych produktów.Nie jest przy tym konieczna dekompozycja odpadów jak w przypadku recyklingu. Zastosowanie upcyklingu pozwala zmniejszyć nie tylko ilość samych odpadów, ale i materiałów wykorzystywanych w produkcji pierwotnej nowo powstałych towarów.Taki sposób postępowania z łopatami wirnika można zobaczyć w Danii, Holandii i Irlandii. Są one integrowane z tkankę miejską w postaci mostów (grupa badawcza RE-Wind stworzyła kładkę w irlandzkim hrabstwie Cork ), przystanków autobusowych, ławek, wiat dla rowerów (projekt duńskiego inżyniera Briana D. Rasmussena ), stolików czy infrastruktury dla dzieci (plac zabaw Wikado w Rotterdamie ). Kolejnym przykładem takiego podejścia są produkty polskiej firmy Anmet, która demontuje wiatraki i przerabia je zarówno na przedmioty użytkowe, jak i elementy infrastruktury: kwietniki, stoliki, ławki, siedziska, leżaki, kładki czy wieże widokowe. Realizację firmy Anmet i Politechniki Rzeszowskiej w formie kładki można zobaczyć między innymi w Szprotawie (woj. lubuskie). Norweska firma Fred Olsen Renewable spracuje z kolei nad projektem dającym ponowne życie gondolom dużych turbin wiatrowych jako domki kempingowe.
Perspektywy
Nawet jeżeli uruchomienie farmy wiatrowej wymaga dużych inwestycji na początku działalności, to znaczące nakłady w trakcie samej eksploatacji nie są już konieczne. Dzięki temu cena energii jest dość stabilna w długim okresie, niemniej jej ilość jest skorelowana z warunkami pogodowymi na danym obszarze i może podlegać znacznym wahaniom. Atrakcyjność pozyskiwania energii na farmach wiatrowych sprawia, że w perspektywie kilkudziesięciu lat będziemy mieli do czynienie z narastającą ilością odpadów, które będzie trzeba zagospodarować. Wynika stąd konieczność opracowania technologii, infrastruktury oraz rozwiązań prawnych w zakresie recyklingu zużytych elementów instalacji farm wiatrowych. W przeciwnym razie trwający boom na farmy wiatrowe może się okazać lekarstwem gorszym od choroby. Jednocześnie brak rozwiązań systemowych może w dłuższym okresie negatywnie wpłynąć na zwrot z inwestycji oraz ich odbiór społeczny.Odmienne podejście, czyli wdrożenie w życie przez inwestorów holistycznego zarządzania cyklem życia produktów oraz zasad GOZ może mieć długookresowo pozytywny wpływ tak na przychody z działalności, jak i percepcję społeczną. Co więcej, powtórne wykorzystanie surowców może stać się z jednej strony źródłem pożądanych surowców (recycling), a z drugiej źródłem przychodów z nowych produktów (upcykling). Można też pokusić się o wizję stworzenia konsorcjum wraz z przedstawicielami innych gałęzi przemysłu, dla których powtórne przetworzenie kompozytów stanowi duże wyzwanie, czyli przemysłu motoryzacyjnego, lotniczego, kosmicznego, stoczniowego, etc. Połączenie sił pozwoliłoby na skumulowanie środków finansowych i wysiłków badawczo-rozwojowych w celu opracowania względnie prostej i taniej metody recyklingu łopat wiatrowych będących już w użyciu oraz innowacyjnego materiału przyjaznego środowisku dla kolejnych generacji turbin wiatrowych. Jest to również szansa rozwojowa dla Polski, gdzie na Politechnice Śląskiej toczą się już prace badawcze w tym zakresie.
