Research Institutes of Sweden

ÅTERVINNING AV

GLASFIBERKOMPOSIT

FRÅN VINDTURBINBLAD

Cecilia Mattsson

cecilia.mattsson@ri.se

RISE-SICOMP

Samarbete:

▪ RISE SICOMP (Cecilia Mattsson)

▪ RISE Kemi och Material (Richard Sott)

▪ RISE Safety (Tanja Tränkle)

2

ReComp – Cirkulära strömmar från glasfiberkomposit (Vinnova- Innovationer för ett hållbart samhälle, 3 år)

Rekovind - Kemisk återvinning av glasfiberkomposit från vindturbinblad(Energimyndigheten - VindEL, 1.5 år)

Utveckla ny process:

Solvolys/HTL av GFRP för att

generera högvärdiga strömmar

av både plast och fiber

komponent.

Monomerer av fossilt ursprung.

Energikrävande produktion av

glasfiber.

Deponi eller förbränning

Mikroplaster

Härdplast +Glasfiber

Glasfiberkomposit

Vindkraftverk, båtar, bilar och

byggnader

Separation och återvinning av glas-

fiber och härdplastmed solvolys

Miljöfarliga ämnen

CO2

KompositerCement

AsfaltGlas

TermoplastHärdplast

KemikalierBensin

Lättvikt

▪ 20-25 år livslängd

▪ Lätta och mekaniskt starka och är konstruerade i glasfiber härdplastkomposit (GFRP)

▪ 70 % glasfiber och 30% härdplast

▪ 1970 började vindturbiner byggas och nu börjar stora volymer av blad komma.

▪ Trend ”repowering” – ersätta befintliga vindturbiner med större innan End-of-Life

▪ 2 MW turbin med tre 50 m blad består av ca 20-ton GFRP. (ett blad 7 ton)

▪ Idag 8 MW turbiner tre ca 80 m långa blad baserade på kol och glasfiber – 80-ton FRP avfall

3

Vindturbiner 1 MW ~ 10 tons of GFRP

▪ 130 000 vindturbiner i Europa är aktiva idag - 2.5 miljoner ton komposit material

▪ 12 ooo vindturbiner når End-of-Life inom 5 år (36 000 blad)

▪ 5000 vindturbinblad behöver återvinnas innan 2020 (ca 1600 vindturbiner)

4

Första generation vindturbiner

som installerades 1990 –

behöver återvinnas

▪ Uppskattningsvis 330 000 ton/år av komposit avfall varje år fram till 2028

▪ Förbränning/energiåtervinning leder till:

▪ 30% energi (ökade CO2 utsläpp)

▪ 70% aska som måste deponeras

▪ Deponi av aska och mekaniskt sönderdelade blad leder till miljöförstöring och mikroplaster i våra ekosystem

▪ Båtar byggdes 1960-1970 och lämnas idag i hamnar och naturen

▪ Deponi är förbjudet av EU (2015)

▪ Nya lösningar krävs

5

Glasfiberkomposit strukturers

öde idag

1 MW ~ 10 tons of GFRP

▪ Olösligt 3D-nätverk av glasfiber och härdplast

▪ Kemisk sammansättning en industri hemlighet

▪ Vindturbinblad innehåller en komplex blandning av material:

▪ Glas/kolfiber (30-90%)

▪ Olika härdplaster (epoxi, polyester)

▪ Fyllnadsmedel (40-65%)

▪ Kärnmaterial: PU, PVC, balsa trä

▪ Gelcoat/färg

▪ Mekanisk återvinning: fiber längd och kvalité varierar.

6

Utmaning: Varför är det så svårt att

återvinna Härdplastkompositer?

Wind turbine design: Building a better blade By Paul Dvorak | May 5, 2010 Article by Craig

Collier/President, Collier Research Corp./Hampton Roads, Va./hypersizer.com

▪ Ingen ekonomisk potential i glasfiber komposit återvinning

▪ Glasfiber billigt (E-glasfiber 10-20 kr/kg)

▪ Mekanisk återvinning: kan använda 10-30% i blandning med nyaGF. Dessa processer utvecklade de senaste 20 åren, TRL 8-9. Problem ny glasfiber är billigare och bättre.

▪ Kemisk återvinning: glasfiber är ej så värme tålig (< 300 ºC) ochkemisk instabil.

▪ Inget producent ansvar

▪ Hållbar värld: Deponi förbjudits i EU (2000/53/EC)

▪ 99% av alla kompositer är glasfiber (GF) baserade

▪ GF produktion ökar 1 120 000 ton/år produceras i Europa och en 6% årlig ökning spås.

▪ Lång livslängd av komposit: stora strömmar av uttjäntavindturbinblad och båtar väntas.

▪ Behöver utveckla ekonomisk möjliga processer

7

Drivkrafter för glasfiber återvinning

Wind turbine blade disposal - Agecko

▪ Landfill – banned in EU but composites with fiber reinforcement >85% still allowed (dispensation)

▪ Combustion/energy recovery: Major recovery way today, generate new waste product ash that ends up in landfill.

▪ Mechanical recycling have been heavily researched up to approx. 10-30% possible to add to existing composite structures with almost retained properties, but still cheaper to buy virgin materials

▪ Chemical recycling/feedstock recycling: gasification, pyrolysis and solvolysis/HTL

▪ GFRP waste used in cement industry <10% is coincerneated

▪ Circular economy approach: Refurbish (wind turbine blades), Reuse and Remanufacture to new products (circular flows)

8

Recycling of composites today

Technology readiness level assessment of composites recyclingTechnologies Rybicka et. al. Journal of Cleaner Production 112 (2016) 1001-1012

9

Overview of recycling processes for composites

Mechanical processes Thermochemical processesThermal processes

Powderd fillers

Fiboros fractions

Combustion Fluidized

bed process

Pyrolysis/

gasification

Solvolysis

Energy recovery

Fibers Fibers

Chemical building blocks

Energy recovery

Residue

Recycling process for composite

10

Ny lösning: Kemisk återvinning/Feedstock recycling av glasfiberkomposit från vindturbinblad

Cement, Asfalt, Isolering,

Kompositer, Glas

Återvunna material

Glasfiberkomposit▪ Glasfiber▪ Härdplast

Glasfiber

Solvolys/HTL

Kemiska Byggblock

Nya produkter

Termoplast, Härdplast, Kemikalier, Bensin

11

Solvolys/HTL av vindturbinblad

3. Filtrering och kemisk

analys av glasfiber och

”kemiska byggblock”

1. Del av vindkraftsblad sågas,

delas och mals i kvarn.

2. Upphettning i rörugn 200-370 ºC/175

bar. Reaktorer (8 ml) av rostfritt stål med

övertrycks ventiler

12

Chemical recycling/feedstock recycling of

composites

Solvolysis:

❑ Monomers and

chemicals of

plastic

❑ Carbon fibers

Pyrolysis:

❑ Energy recovery

of plastic

❑ Carbon fibers

Solvolys (Hydrothermal liquifaction, HTL)

❑200-400 C, 5-250 bar

❑Water and alcohols

❑Subcritical below the critical point of water

(200-330 C, 0-200 Bar)

❑Supercritical above: 374 C, 221 bar

❑Water retains unique properties i.e. can act as

an organic solvent (i.e. acetone) for plastics.

Pyrolysis

❑350-800 ºC

❑Atmosphere pressure

❑Controlled environment

❑No oxygen

❑Plastic decomposes to low Mw compounds and gas.

▪ Resurseffektiv lösning

▪ Använder material som idag går till deponi/energiåtervinning

▪ Kompositstrukturer >50 år hållbarhet

▪ Inget underhåll

▪ Ersätter cement/betong strukturer bidrar till växthuseffekten pga CO2 utsläpp under aktivering av sand till cement (1450 ºC)

13

Cirkulär ekonomisk lösning:

Ge ditt vindturbinblad ett

“Second Life”

Materials for Wind Turbine Blades: An Overview

Mishnaevsky et. al. materials 2017

Bank et. al. Concepts for Reusing Composite Materials from

DecommissionedWind Turbine Blades in

Affordable Housing 2018

https://www.windpowerengineering.com/mechanical/blades/recycling-wind-turbine-blades/

▪ Undersök olika brokoncept där vindkraftsblad är den viktigaste lastbärande strukturen

▪ System och cirkulär ekonomi perspektiv

▪ Samarbete RISE och Chalmers

▪ Vinnova InfraSweden2030 (höst 2019)

Projektförslag: ”Cirkulär återanvändning av vindturbinblad

i byggnadskonstruktioner och infrastruktur”

Kontaktpersoner:Cecilia Mattsson cecilia.mattsson@ri.se

Alann Andre alann.andre@ri.se

Anders Wickström anders.wickstrom@ri.se

Reza Haghani Dogaheh reza.haghani@chalmers.se

Neptunibron i Malmö

https://www.nyteknik.se/premium/har-ar-sveriges-forsta-ultralatta-bro-i-

fiberkomposit-6960260

”Initiera och intressera svenska företag för att i samverkan utveckla

cirkulära lösningar för tex cykelbroar och fasadelement byggda av

uttjänta vindkraftsblad”

Återvinningsmöjligheter

▪ (Deponi)

▪ (Energiåtervinning)

▪ Mekanisk

▪ Termisk (Pyrolys)

▪ Kemisk (Solvolys, HTL)

▪ Livslängds förlängning (20 till 30 år)

▪ Återtillverkning/åter-användning i nya produkter

15

Framtiden…

https://www.plasticseurope.org/application/files/7915/1700/9774/20170919eco-

design_brochure.pdf

Cecilia Mattsson

cecilia.mattsson@ri.se

Projekt återvinning av glasfiberkomposit:

ReComp och Rekovind

Research Institutes of Sweden

CONTACT INFORMATION

Cecilia Mattsson

cecilia.mattsson@ri.se

+46 722 46 08 53

Materials & Production

RISE-SICOMP, Mölndal