Wat zijn de wieken van oude windturbines waard?

Windenergie Wat kun je met de wieken van oude windturbines? Vaak worden ze nog gedumpt. Recyclen is heel lastig. „Het is me een gruwel.”

Turbinebladen worden begraven op een dumpplaats in Wyoming, VS.

Turbinebladen worden begraven op een dumpplaats in Wyoming, VS.

Foto Benjamin Rasmussen/ Getty

Windenergie is duurzaam, maar windmolens zijn dat niet. De sector heeft een afvalprobleem. Het grootste deel van de windmolen is gemaakt van staal, dat kan goed hergebruikt worden. Maar de wieken niet. Turbinebladen, zoals wieken in windjargon heten, zijn gemaakt van composiet: glas- of koolstofvezels en hars met daartussen eventueel schuim of hout.

Zonder composiet kunnen windturbines niet doen wat ze doen. Het maakt de bladen – die tot wel 100 meter lang kunnen zijn – licht van gewicht en heel sterk. Het blad kan dankzij composiet enorme belasting aan. Maar wat doe je er daarna mee? Composiet is niet uit elkaar te halen en kan door de specifieke vorm lastig opnieuw gebruikt worden. Nieuwe glasvezel is bovendien niet duur, wat recyclen van oude vezels niet aantrekkelijk maakt.

Naar schatting worden er tot 2023 wereldwijd zo’n 14.000 turbinebladen afgedankt, schreven de Europese brancheorganisatie voor windenergie WindEurope, Europese chemische brancheorganisatie Cefic en Europese composietindustrie-brancheorganisatie EuCIA afgelopen mei in het rapport Accelerating Wind Turbine Blade Circularity. Dat komt neer op 40.000 tot 60.000 ton composiet. Een windmolen doet 20 tot 25 jaar dienst. Vooral het deel van de turbine waar de generator in zit is na die termijn wel versleten, veel andere onderdelen zouden best nog langer mee kunnen. Maar nieuwe turbines zijn in die tijd zoveel beter geworden dat vervangen meestal rendabeler is. Volgens een schatting van WindEurope is 21 procent van de huidige windmolens in Nederland ouder dan 15 jaar, zo’n 1.600 turbinebladen.

Turbinebladen als straatmeubilair nabij de Rotterdamse Erasmusbrug. Foto Walter Herfst

Aan de TU Delft wordt gewerkt aan duurzamere windturbinebladen, al is de grootste oven van het lab maar anderhalve meter groot, zegt Julie Teuwen, die aan de faculteit lucht- en ruimtevaarttechniek onderzoek doet naar materialen en fabricage van turbinebladen. Als je haar vraagt waarom turbinebladen eigenlijk van composiet gemaakt zijn, gaat ze eerst een stapje terug. Naar de enorme krachten die op het turbineblad komen te staan. Ze geeft een zwiep aan een blad van een klein windmolentje op tafel. „Dit is een heel grote balk, die maar aan één kant vastzit en daar voortdurend aan ronddraait. De lengte van het blad zorgt er ook voor dat de aerodynamische krachten van de wind die op het blad staan groot zijn. Geen andere structuur ter wereld heeft zoveel te maken met wisselende belasting als een turbineblad.”

„Composiet heeft drie eigenschappen die maken dat dit eigenlijk het enige materiaal is waarmee je turbinebladen kunt maken”, zegt Teuwen. Behalve licht van gewicht, is het ook een materiaal dat weinig last heeft van vermoeiing. Anders dan bijvoorbeeld metaal, dat sterk lijkt maar zwak wordt als je er wisselende krachten op uitoefent – herkenbaar voor iedereen die wel eens een lepel heeft omgebogen.

Ik wil niet dat een blad tegen de mast opknalt

Julie Teuwen onderzoeker

De derde mooie eigenschap is dat je zelf kunt kiezen in welke richting het composiet sterk moet zijn. „Ik wil niet dat een blad tegen de mast opknalt, dus ik heb heel veel stijfheid nodig in de lengte.” Teuwen heeft stiften en papier meegenomen en schetst de anatomie van een turbineblad. De heftigste krachten komen te staan op de spar caps, die zitten aan de bolle kant aan weerszijden van het holle turbineblad, ze lopen van het punt waar de wieken bij elkaar komen richting het uiteinde. De vezels van het composiet in dat stuk van het blad liggen in de lengterichting zodat het in die richting de meeste krachten aankan. Andere delen hoeven minder sterk te zijn in de lengterichting, die hebben bijvoorbeeld ook vezels die kruislings liggen. Zo heeft elk deel van een blad eigen optimale eigenschappen.

Dat composiet zo moeilijk te recyclen is komt door de hars die de vezels met elkaar verbindt. De matten met glas- of koolstofvezels die op rollen worden aangeleverd, zijn buigbaar. In grote mallen worden de matten heel precies op elkaar gelegd. Dan worden de vezels doordrenkt met epoxy- of polyesterhars en na verhitting wordt die hars hard. De uitgeharde hars zorgt ervoor dat de belasting wordt overgedragen van de ene vezel op een andere. „Die chemische reactie is onomkeerbaar, de epoxyhars vormt een netwerk van polymeerketens waardoor het stijf wordt”, zegt Teuwen. „Die krijg je niet zomaar uit elkaar.”

Dus wat doe je er dan mee? Dumpen, opslaan of recyclen. Hoewel het op veel plekken niet meer mag, worden bladen vaak nog gedumpt, zegt het rapport van WindEurope, Cefic en EuCIA. Foto’s van ‘turbinebladbegraafplaatsen’ waar lange rijen bladen door graafmachines worden toegedekt met grond die vaak bij stukken over dit onderwerp staan bieden een droevig beeld. In Nederland is dumpen ‘in principe’ verboden, schrijft WindEurope , tenzij de kosten voor andere verwerking te hoog zijn.

Maak er cement mee

Recycling heeft een lage opbrengst. De hars kun je verbranden, dan houd je glas over. Maar het kost veel energie en het glas wordt bros en heeft amper nog waarde. De bladen kunnen ook de cementoven in. Daarbij wordt de hars gebruikt als grondstof om de oven te verhitten, en de glasvezel vervangt een deel van het zand dat je normaal in cement stopt. ‘Cement co-processing’ is de recyclingmanier die het verst ontwikkeld is. Het voordeel van deze manier van recyclen is dat het schaalbaar is, er kunnen grote hoeveelheden composiet verwerkt worden. En er wordt minder CO2 uitgestoten ten opzichte van normale cementproductie. Maar ook hier is de glasvezel die je overhoudt van lage kwaliteit.

„Het is me een gruwel”, zegt Ruud Balkenende, hoogleraar circulair productontwerp aan de TU Delft. „Het composiet dat in windmolens gebruikt wordt is van de allerhoogste kwaliteit. In een cementoven vernietig je alles wat dat materiaal zo goed maakt. Het is een manier om visueel van je troep af te zijn maar het resultaat is niet meer dan een vulmiddel waar je normaal zand voor gebruikt.”

„Er zijn ook wel activiteiten op het gebied van echte recycling, waarbij wordt geprobeerd vezels terug te winnen”, zegt Balkenende. „Pyrolyse of thermolyse, waarbij je de polymeer als het ware vergast. Daar kun je voor chemische processen nog iets aan hebben, en de vezels hebben dan nog 70 tot 80 procent van hun sterkte.” Vooral in het geval van koolstofvezels kan het rendabel zijn. Die worden steeds meer gebruikt.

In een gang van de faculteit industrieel ontwerp waar Balkenende werkt, staat een picknicktafel, gemaakt van een turbineblad. Door het laagje glasvezelcomposiet schemert balsahout dat als lichtgewicht vulmiddel in een turbineblad tussen twee laagjes composiet wordt gebruikt. Hij is ontworpen door promovendus Jelle Joustra. Balkenende en Joustra wilden weten of je windmolenbladen ook als zodanig kunt hergebruiken. Wat voor platen kun je zagen uit een blad van 80 meter lang? Welke zaagsneden zijn logisch? Hoe ga je om met de krommingen in het blad?

Resten van een afgedankte windturbine in een speeltuin in de Rotterdamse wijk het Oude Noorden. Foto Walter Herfst

Als je goed kijkt zie je dat het tafelblad niet helemaal recht is. „Maar hij is niet dusdanig gekromd dat je denkt, dat is onhandig”, zegt Joustra. Er zijn ook wat verschillen in dikte, omdat de platen uit verschillende delen van het blad komen. Vorig jaar stond hij met de picknicktafel op de Dutch Design Week. „Een paar jongens vroegen zich af of die tafel echt zo sterk was. Ze hebben met hun volle gewicht erop staan beuken. Dat verwacht je niet op een ontwerptentoonstelling waar prototypes gepresenteerd worden. De tafel hield het natuurlijk prima.”

Elke aanpassing kost in eerste instantie geld

Jelle Joustra promovendus

De picknicktafel is geen doel op zich. Plaatmateriaal wordt in de meubelindustrie en de constructiewereld in enorme hoeveelheden gebruikt, ze wilden leren tegen welke dingen ontwerpers en bedrijven in die sectoren aanlopen als ze iets met windmolenmateriaal zouden willen. Bedrijven zijn geïnteresseerd, maar echt te springen staan ze niet. Joustra: „De barrières zijn niet per se technologisch”, zegt Balkenende. „Het is wel duidelijk dat je er goed plaatmateriaal uit kunt halen. Maar het materiaal is anders dan anders, en elke aanpassing kost in eerste instantie geld voor die bedrijven.”

Andere soorten hars

Het liefst zien Teuwen, Joustra en Balkenende dat het ‘tweede leven’ van het turbineblad al meegenomen wordt in het ontwerp. „Het blad moet in eerste instantie aan heel specifieke gebruikseisen voldoen. Daar kun je in het geval van windmolens geen concessies aan doen”, zegt Balkenende. Maar je kunt bijvoorbeeld wel kijken welk vulmiddel je tussen twee laagjes composiet stopt, zodat je er later meer aan hebt. Of nadenken over zaaggrenzen voor latere segmentering.

Dat is ook een vraag die Teuwen interesseert. Nu wordt overal epoxy- of polyesterhars gebruikt, dat zijn thermoharders, die onomkeerbaar hard worden. Inmiddels is uit onderzoek duidelijk geworden dat ook andere soorten hars sterk genoeg zijn voor gebruik in windmolens, vertelt Teuwen. „Een thermoplast is een materiaal dat ook lange polymeerketens heeft, heel sterk is, maar als je het in de oven legt, wordt het weer zacht.” Als de bladen hiervan gemaakt zouden zijn, kan enigszins gebogen plaatmateriaal voor het tweede leven misschien weer rechtgebogen worden. Daar komt de anderhalve meter grote infrarood-oven van pas. „We zijn aan het kijken: hoe vervormt dat materiaal dan, liggen de vezels nog goed, wat doet het met de sterkte, zit overal nog hars?”

Voor turbinebladenfabrikanten is het een enorme stap om dit te gebruiken, zegt Teuwen. In de grootschalige praktijk heeft het zich nog niet bewezen, de eisen aan turbinebladen zijn zo hoog dat fabrikanten niet lichtvoetig de overstap durven maken. „Zeker voor de spar cap, waar zoveel kracht op komt te staan, houden ze graag vast aan techniek die zich al bewezen heeft. Toen dachten wij, laten we naar de rest kijken, de stukken die minder gevoelig zijn voor belasting. Dan wordt voor grote delen van het blad hergebruik al makkelijker.”

Lassen en ontlassen

Dan zit je wel met het probleem dat verschillende soorten hars net zo sterk met elkaar verbonden moeten worden als één soort hars zou zijn. „Gelukkig doen we hier supercool onderzoek”, zegt Teuwen. „We hebben uitgevonden dat je ze met een tussenlaag die een mix is van twee harsen goed kunt verbinden. Je kunt als het ware een las leggen.” En wie kan lassen, kan ook ontlassen. „Bladen kun je dan segmenteren. Dat is voor het leven erna nuttig, maar ook voor bijvoorbeeld transport.”

Het duurt nog lang voor het composiet dat Teuwen onderzoekt zal ronddraaien aan een windturbine. „We hebben een deel van het onderzoek uitgevoerd met een fabrikant. Maar zij zouden dit tegen 2035 pas kunnen implementeren. Terwijl we nota bene al heel ver zijn met antwoorden op onze vragen.”

„Ik deed tijdens mijn promotie ook al onderzoek naar thermoplasten voor turbinebladen”, vertelt Teuwen. „Tegen het einde van dat onderzoek kwam ik bij een grote fabrikant. In die enorme fabriekshal stond ik wel even te kijken... Heel leuk wat ik in ons lab gedaan heb, dacht ik, maar in de praktijk is het echt heel, heel groot.”