ВТОРИЧНАЯ PLAST/ПЛАСТПЕРЕРАБОТКА
Планета зеленых отходов Переработка сотен миллионов тонн накопленных отходов — скорое будущее зеленой энергетики
46
Сентябрь 2021 The Chemical Journal
ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА PLAST/ПЛАСТ
Петр Степаненко
П
отенциальные объемы отходов, возникающих от вывода отработавших зеленых энергоустановок, огромны. По оценкам Bloomberg New Energy Finance, к 2025 году мощность отработанных батарей, снятых с электромобилей, составят 95 ГВт/ч. Эта куча будет весить около 600 тыс. тонн. По прогнозам Международного агентства по возобновляемым источникам энергии, к тому же 2025 году накопится аналогичная масса старых солнечных батарей. А к 2050 году, по прогнозам IRENA, объем отработавших солнечных батарей может достичь 78 млн тонн. Наконец, по данным ассоциации WindEurope, в ближайшие два десятилетия в Европе будет появляться 300 тыс. тонн списанных лопастей ветряных турбин ежегодно.
Они заслуживают большего, чем билет в один конец на мусорный полигон.
Экономики нет
В то время как составные компоненты ветровой турбины, включая башню, редуктор и генератор, легко поддаются переработке, лопасти — необыкновенно сложный вызов для разработчика. Лопасти изготавливаются из композита стекловолокна и эпоксидной или другой термореактивной смолы. Сшитые полимеры не могут быть расплавлены и переработаны, в отличие от термопластов, таких как полипропилен. Кроме того, лопасти громоздки: так, одна лопасть LM Wind Power весит 15 тонн, хотя лопасти электростанций раннего поколения весят до 8 тонн каждая. Некоторые производители уже делают более легкие лопасти, добавляя в них углеродное волокно. Ожидается, что в будущем более сложные волокна, такие как углеродные нанотрубки и высокоэффективные синтетические материалы, могут облегчить лопасти и гарантировать им прочность. Но это не сделает композицию менее устойчивой к разложению и готовой к переработке.
Однако извлечение материалов из отработавших устройств при сегодняшнем уровне развития технологий является экономически неэффективным. Устройства и материалы изготавливаются таким образом, чтобы не разрушаться под воздействием экстремальных сил или условий окружающей среды, чтобы продлить на максимально возможный срок период эксплуатации. Извлечь дорогие материалы обратно — задача сродни получению философского камня. Материаловеды, производители и переработчики отходов работают над способами эффективной утилизации возобновляемых энергетических материалов. Но пока что недостаточно много таДорогие отходы ких устройств доживают свой век, чтобы инвестировать в полноценные предБ л а г о д а р я р а с т у щ е м у с п р о с у приятия по переработке. на возобновляемые источники энерНе ясно, успеет ли родиться пригии, производители уже столкнулись быльная отрасль, прежде чем начнется Сроки со стремительно растущими затрата- экспоненциальный и неконтролируеми и ограничениями поставок сырья, мый рост количества отходов чистой В США и Европе ветроэнергетики установили первые турбины промышпрежде всего кобальта и лития, возвра- энергии на планете. ленного размера в конце 1990-х годов. щение которых в промышленное проЭти машины рассчитаны на эксплуаизводство сейчас представляется жела- Ветер тацию в течение 25 лет и более, но нетельным, а в будущем может оказаться единственным способом восполнения Длина одной лопасти современной которые лопасти демонтируются для наземной турбины достигает 60 ме- замены на более эффективные вердефицита. Композитные материалы для лопа- тров, и лопасти становятся все длиннее. сии или же потому, что они пострадастей турбин, высокочистый фотоэлек- Компании хвастаются размерами своих ли от стихий, например, были поражетрический кремний и катоды аккумуля- лопастей, потому что больший размах ны молнией. Мир находится в ожидании сметоров также недешевы и представляют означает больше мощности на отдельлых находок и оригинальных подходов интерес для вторичной переработки. но взятую башню. The Chemical Journal Сентябрь 2021
47
ВТОРИЧНАЯ PLAST/ПЛАСТПЕРЕРАБОТКА
GE Renewable Energy совместно с Veolia North America приступили к переработке лопастей на цементном производстве в Миссури и планируют внедрить технологию на цементных заводах по всей территории США.
к утилизации. Ждать появления Эвереста из бывших ветроустановок и солнечных батарей осталось недолго, каких-то пять лет.
Конкурс решений Евросоюз осуществляет финансирование НИОКР, направленных на вторичную переработку лопастей ветряных турбин и деталей из композитов в рамках программы Horizon Europe. Так, разрабатываются три технологических направления переработки лопастей: механическая, сольволиз и пиролиз. К 2021 году наиболее распространенным способом переработки композитных материалов ветряных турбин, а также других отработанных композитных конструкций стало производство цемента, в котором минеральные компоненты помещаются в цементную смесь, а органическая фракция заменяет уголь в роли топлива. Использование этого процесса значительно сокращает выбросы CO2 при производстве цемента (от 16 % исходного объема энергии, если композиты составляют 75 % цементного сырья). Данная технология отработана и коммерчески доступна для переработки значительных объемов отходов ветроэнергетики, 48
хотя, вероятно, еще не во всех регионах мира.
позволит «на 27% сократить выбросы CO2 при производстве цемента» и на 13% сократить потребление воды. GE, Veolia, Vestas Еще раньше, в январе 2020 года, датская Vestas заявила, что планируВ декабре 2020 года GE Renewable ет производить безотходные ветряные Energy и Veolia North America (VNA) турбины к 2040 году, имея в виду, что подписали многолетнее соглашение компания построит цепочку создания о переработке лопастей, снятых с на- стоимости, в которой не будет отходов. земных ветровых турбин в США. GE Renewable Energy сообщила, что Мост из лопастей лопасти будут измельчаться на площадке VNA в Миссури, а затем использо- Интересное решение предложил ваться в качестве замены угля, песка в 2019 году в своей магистерской диси глины на цементных заводах по всей сертации в Делфтском технологическом университете инженер Стейн территории США. «Добавляя лопасти ветряных тур- Спекснайдер. Проект Спекснайдера «Мост из лобин — которые в основном изготавливаются из стекловолокна — как сырье пастей» предполагает использование для производства цемента, мы сокра- лопастей ветряных турбин целиком. щаем количество угля, песка и минера- Две хорошо видимые и узнаваемые лолов, ранее вовлекаемых в производство пасти пересекают весь мост и несут цемента», — сказал Боб Каппадона, на себе его надстройку. Лопасти повернуты на 180 градуглавный операционный директор подразделения экологических решений сов по отношению друг к другу, создавая симметричную конструкцию, котои услуг компании VNA. В 2019 году были завершены испыта- рая равномерно распределяет нагрузку. ния технологии с использованием ло- Между лопастями располагается напастей GE, а осенью 2020 года было пе- стил для движения, например, велосипедистов и пешеходов. реработано более 100 лопастей. Ссылаясь на анализ, проведенный При подготовке материала компанией Quantis U.S., GE Renewable использованы публикации cen.acs.org. Energy заявила, что переработка лопастей Сентябрь 2021 The Chemical Journal
ВТОРИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА PLAST/ПЛАСТ
Сверхпрочный мост из отработавших лопастей от Стейна Спекснайдера из Делфтского технологического университета.
The Chemical Journal Сентябрь 2021
49