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Innovatives Recycling: Ein zweites Leben für alte Rotorblätter

© Fraunhofer WK I /P. Meinlschmidt
Innenansicht eines Rotorblatts: Die Flügel werden in Leichtbauweise aus zwei Halbschalen gefertigt und sind innen hohl. © Fraunhofer WKI / P. Meinlschmidt

| Kira Crome |

Wenn Windenergieanlagen abgebaut werden, müssen sie zerlegt und entsorgt werden. Viele Anlagenteile lassen sich wiederverwerten. Bei Rotorblättern ist das nicht ganz einfach. Forscher erproben derzeit eine neue Recycling-Technik, um das in den Flügeln enthaltene Balsaholz zurückzugewinnen. Aus dem Material werden neue Dämm- und Baustoffe hergestellt.

In der Regel sind sie über 50 Meter lang: Rotorblätter von Windenergieanlagen sind wahre Giganten, die starken Kräften trotzen müssen. Was sie stabil macht, ist die Leichtbauweise der beiden zusammengesetzten Halbschalen. Die Flügel sind hohl und werden aus möglichst leichten, aber robusten Materialien gefertigt. Die meisten Rotorblätter bestehen aus mit Glasfasern verstärktem Kunststoff (GFK) und Füllstoffen wie Kunstschaum oder Balsaholz, die mit Epoxid- oder Polyesterharz verklebt sind. Das macht sie extrem fest und widerstandsfähig gegenüber Luftgeschwindigkeiten, die schon mal über 250 Stundenkilometer erreichen können. Doch gerade diese Konstruktion macht das sortenreine Recycling und die Wiederverwertung einzelner Stoffe zum Problem: Der Materialverbund lässt sich nur schwer wieder in seine einzelnen Bestandteile trennen.

Was passiert mit den Rotorblättern, wenn die Anlage ausgedient hat?
Ein Großteil der Materialien, die in einer Windenergieanlage verbaut werden, lassen sich nach ihrem Abbau stofflich wiederverwerten. Das Kupfer aus den Kabeln, der Stahl aus den Türmen und der Beton aus dem Fundament kann recycelt werden. Die Wiederverwertungsoptionen der Rotorblätter sind dagegen begrenzt. Glasfaserverstärkte Verbundmaterialien lassen sich kaum sinnvoll recyclen. Sie werden deshalb thermisch verwertet, zum Beispiel in Müllverbrennungsanlagen verbrannt. Allerdings geht das wegen der Struktur der Glasfaser und der komplexen chemischen Reaktionen im Verbrennungsprozess nur in kleinen Mengen, weil viel Asche übrig bleibt und die Stäube die Filter verstopfen.

Wegen ihrer hohen Heizwerte ist die thermische Nutzung der Rotorblatt-Verbundmaterialien aber auch für die Zementindustrie interessant: Jede Tonne glasfaserverstärkter Verbundstoffe könnte eine halbe Tonne Steinkohle ersetzen. Ein Unternehmen in Bremen hat dafür ein spezielles mehrstufiges Verfahren entwickelt, um die Verbundstoffe ausgedienter Rotorblätter zu einem Ersatzbrennstoff weiterzuverarbeiten, der in der Zementproduktion zum Einsatz kommt. In diesem Wiederverwertungspfad, der mit dem Umweltpreis GreenTec Award 2017 ausgezeichnet worden ist, gehen – vereinfacht gesagt – die mineralischen Komponenten in die Zementmasse mit ein, während die organischen Bestandteile der Rotorblatt-Verbundmaterialien als Brennstoff dienen.

Balsaholz: Statt verbrennen zurückgewinnen und wiederverwerten
Damit steht eine nachhaltige Nutzungsoption für ausrangierte Rotorblätter zur Verfügung. Allerdings bietet die Mitverbrennung des in vielen Rotorblättern verarbeiteten Balsaholzes keinen besonderen Mehrwert: Es weist nur einen geringen Brennwert auf. Ein Nachteil, findet Peter Meinlschmidt. Er ist Forscher am Fraunhofer Institut für Holzforschung (Wilhelm-Klauditz-Institut, WKI). Balsaholz, das in tropischen Regionen angebaut wird, gilt als wertvolle Ressource. Es ist das leichteste Holz der Welt. Es wiegt weniger als Kork und hat in etwa eine Dichte wie Polystyrol-Hartschaum (EPS, XPS). Aufgrund dieser Eigenschaften hat die Windenergiebranche das extrem leichte, aber druckfeste Tropenholz für den Rotorblattbau in Verbindung mit glasfaserverstärktem Epoxidharz für sich entdeckt.

Rund 15 Kubikmeter Balsaholz stecken nach Angaben des Fraunhofer WKI in einem Rotorblatt. Bislang gab es keine Möglichkeit, es bei der Entsorgung ausgedienter Rotorblätter zurückzugewinnen. „Damit gehen wertvolle Rohstoffe in großen Mengen verloren, die als Rohstoffquelle für neue Produkte dienen können“, sagt Meinlschmidt. Sein Forschungsteam hat dafür eine Lösung entwickelt: Mithilfe einer neuen Recyclingtechnik ist es ihnen gelungen, das in den Rotorblättern enthaltene Balsaholz zurückzugewinnen.

Mit Wasserstrahllanze und Prellmühle
„Mit unserem Projekt zeigen wir, dass die großen Mengen an Balsaholz, die in Rotorblättern von Windenergieanlagen verbaut sind, weiter genutzt werden können. Daraus ergibt sich ein großes Potenzial, unter anderem für die Recyclingindustrie“, sagt Meinlschmidt. Um das Tropenholz zurückzugewinnen und wiederzuverwerten, haben die Forscher ein ganz neues Verfahren entwickelt.

Bei der Demontage einer Windenergieanlage werden die abgebauten Rotorblätter vor Ort an ihrem Standort zerlegt. „Dabei wird ein Flügel klassischerweise mit einer Bandsäge gedrittelt oder geviertelt, was jedoch relativ aufwendig ist“, beschreibt Meinlschmidt das gängige Verfahren. Die Fraunhofer-Forscher setzen stattdessen eine Wasserstrahllanze ein, die ein Rotorblatt deutlich schneller und einfacher in zehn bis zwanzig Meter große Stücke zerteilt. Eine mobile Zerkleinerungsmaschine bricht die Stücke vor Ort nochmal in kleinere, etwa handtellergroße Stücke. Diese werden in einer Prallmühle in Drehung versetzt und auf Metall geschleudert. „Das Verbundmaterial bricht dann auseinander, weil das Holz zähelastisch ist, während Glasfaser und Harz sehr hart sind.“

Zweites Leben als Rohstoffquelle für neue Dämm- und Baustoffe
Für die zurückgewonnenen Balsaholzstückchen werden am Fraunhofer WKI neue Verwertungsmöglichkeiten entwickelt. Eine Lösung ist die Verarbeitung zu extrem leichten Holzfaser-Dämmstoffmatten. Die im letzten Jahr auf der Fachmesse zum Thema Holzverarbeitung und Holzbearbeitung LIGNA präsentierten Produkte mit Dichten von unter 20 Kilo pro Kubikmeter gab es auf dem Markt bis dahin nicht. Für Dämmstoffe gilt: Je geringer die Dichte, desto besser die Dämmung. „Bei den Gebäude-Dämmstoffen sind zurzeit etwa zehn Prozent aus nachwachsenden Rohstoffen – da ist noch Luft nach oben“, ist Meinlschmidt überzeugt. Balsaholzfaserbasierte Dämmstoffmatten böten eine ähnlich gute Dämmung wie gängige Materialien aus Styropor oder Polystyrol-Hartschaum (EPS, XPS) und wären eine nachhaltige Alternative für den Hausbau. Sie können in der Zwischensparren-Dämmung und als feste Dämmplatten eingesetzt werden.

Ein zweites Leben könnte das zurückgewonnene Balsaholz auch als Baustoff für Wood-Polymer-Composites (WPC)-Produkte wie Terrassendielen oder Fassadenelemente führen. Diese Bioverbundwerkstoffe gelten als nachhaltig, weil sie durch den Holzanteil über ihre gesamte Produktlebenszeit das Treibhausgas CO2 speichern. Die stoffliche Wiederverwertung von Balsaholz in WPC-Produkten könnte den biobasierten Verbundwerkstoff nicht nur ressourcenschonender machen, sondern nach Angaben des Fraunhofer WKI auch leichter, und deutlich beständiger. Eine dritte stoffliche Verwendung des recycelten Balsaholzes sehen die WKI-Forscher in Verbindung mit Schaummittel als Verpackungsmaterial, das ohne synthetische Klebstoffe auskommt und daher als umweltfreundliches Altpapier entsorgt werden kann.

Wie groß ist das Problem?
„Wir bieten mit unserem Recyclingansatz Lösungsmöglichkeiten für das Entsorgungsproblem und zeigen gleichzeitig innovative Einsatzmöglichkeiten für das gewonnene Balsaholz“, sagt Meinlschmidt. Doch wie groß ist das Problem wirklich? Rund 30.000 Windenergieanlagen erzeugen derzeit in Deutschland regenerativen Strom. Ende 2020 fallen die ersten von ihnen aus der 20-jährigen Förderung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG). Manche Anlagen könnten dadurch unwirtschaftlich werden und müssten zurückgebaut werden. Die Zahlen der zu verschrottenden Anlagen und dem Volumen an zu entsorgendem Material variieren je nach Schätzung zum Weiterbetrieb oder Abbau der Windenergieanlagen. Das Umweltbundesamt rechnet für das Jahr 2021 mit einer Menge von maximal 50.000 Tonnen je Jahr an glasfaserverstärktem Verbundmaterial (GFK) aus Rotorblättern, die sich in den kommenden zehn Jahren wieder drastisch verringert und erst 2035 wieder auf über 50.000 Tonnen anwächst. Verglichen mit der jährlichen, insgesamt produzierten Menge an GFK-Verbundstoffen fallen die geschätzten Volumina aber eher gering aus: Laut GFK-Marktbericht werden in Deutschland jährlich 225.000 Tonnen Verbundmaterial produziert. Was in Autoteilen, Flugzeugen, Sportbedarf und eben auch Rotorblättern steckt, wird irgendwann entsorgt werden müssen. Wann welche Menge an ausgedienten Flügeln von Windenergieanlagen tatsächlich anfallen wird, ist schwer abzuschätzen. Denn wie viele Altanlagen in welchem Jahr tatsächlich verschrottet werden, hängt von vielen Variablen in der Wirtschaftlichkeitsrechnung des Weiterbetriebs ab. Branchenexperten gehen derzeit davon aus, dass bei den aktuellen Börsenstrompreisen für Strom aus Windenergieanlagen etwa die Hälfte der Bestandsanlagen über das Ende der EEG-Vergütung hinaus weiter betrieben werden. Ein Viertel wird innerhalb der darauffolgenden fünf Jahre ihren Betrieb beenden und zurückgebaut werden. Die Abfallmengen würden sich demnach deutlich gleichmäßiger verteilen, als das Umweltbundesamt errechnet hat. Die dafür genehmigten thermischen Entsorgungskapazitäten für GFK-Abfälle aus der Windindustrie seien Experten zufolge perspektivisch gesehen ausreichend. Die stoffliche Verwertung von Rotorblättern, wie sie derzeit entwickelt wird, kann hier neue zusätzliche Nutzungsoptionen bieten.