Elegante Windturbinenblätter aus Holz können Verbundwerkstoffe schlagen

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Entgegen der landläufigen Meinung sind Windkraftanlagen größtenteils recycelbar. Das Problem sind die Rotorblätter der Windkraftanlagen, die meist nicht vorhanden sind. Da die erste Generation moderner, nicht recycelbarer Klingen nun das Ende ihrer Nutzungsdauer erreicht, ist der Wettlauf um die Suche nach nachhaltigeren Materialien für die kommenden Generationen eröffnet. Holz gehört zu den neuen Materialien im Rennen und könnte eine bessere Leistung bieten sowie einen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft der Zukunft leisten.

Die weltweit ersten Windturbinenblätter aus Holz

Die Intertubes schwirren von Neuigkeiten über die „weltweit ersten“ Windturbinenblätter aus Holz. Die 19,3 Meter langen Rotorblätter wurden Anfang dieser Woche in einer bestehenden Windkraftanlage in der Nähe der Stadt Kassel in Breuna, Deutschland, installiert.

CleanTechnica Habe es mir angesehen und die neuen Klingen – von der deutschen Firma Voodin Blade-Technologien – scheinen die ersten Turbinenschaufeln dieser Art in der Neuzeit zu sein. Historisch gesehen ist das Bild der Holzklinge jedoch etwas aufwändiger. Seit Tausenden von Jahren wird Windenergie genutzt, um die Flügel hölzerner Windmühlen anzutreiben. Neben der Getreideverarbeitung Windmühlen mit Holzflügeln werden auch häufig zum Pumpen von Wasser verwendet.

Natürlich ist eine Windmühle nicht dasselbe wie eine moderne Windkraftanlage. Windmühlen nutzen die Windenergie mechanisch. Windkraftanlagen wandeln es in Strom um, was erklärt, warum die Windkrafttechnik erst etwa so alt ist wie das Zeitalter der Elektrizität.

In der Neuzeit haben Hersteller von Windkraftanlagen bereits damit begonnen, Holz zu verwenden, allerdings nicht unbedingt von der Art, die Voodin verwendet. Im Jahr 2019 zum Beispiel CleanTechnica nahm die Verwendung von Balsaholz bei der Herstellung von Turbinenschaufeln zur Kenntnis, die typischerweise eine Glasfaserbasis enthalten.

Ein nachhaltigeres, modernes Windturbinenblatt aus Holz

Im Hinblick auf die Nachhaltigkeit gehört Glasfaser nicht unbedingt zu den Materialien, die herkömmliche Rotorblätter von Windkraftanlagen resistent gegen Recycling machen. Es ist die Kombination aus anderen im Turbinenschaufelbereich üblichen Materialien, Kohlefasern und Epoxidharz-Bindemitteln, die dem Recycling Hindernisse in den Weg legen.

Hier in den USA zitiert das Energieministerium Forschungsergebnisse, die darauf hinweisen, dass bis zu 78 % davon stillgelegte Turbinenschaufeln werden wahrscheinlich auf Mülldeponien entsorgt statt recycelt.

Obwohl das Energieministerium schätzt, dass ausrangierte Turbinenschaufeln im Jahr 2050 nur etwa 1 % der gesamten Abfallmenge des Landes ausmachen werden, stellt dies immer noch eine Menge Abfall dar und belastet die Ersatzressourcen zusätzlich. Laut einer vom Energieministerium zitierten Studie werden in den kommenden 15 Jahren, von 2025 bis 2040, jedes Jahr zwischen 10.000 und 20.000 Rotorblätter ihr Leben beenden.

Voodin Blade Technologies erhebt Anspruch auf eine Lösung, indem es Furnierschichtholz zur Herstellung seiner Turbinenschaufeln verwendet. Das Unternehmen gibt an, dass sein Herstellungsprozess 78 % weniger Kohlendioxidemissionen verursacht als herkömmliche Klingen und gleichzeitig die Kosten um bis zu 20 % senkt.

Voodin führt CNC-Fräsmaschinen (Computer Numerical Control) an, die es ihm ermöglicht haben, Kosten zu senken, unter anderem durch den Ersatz von Handarbeit durch Automatisierung.

Der Weg zur nachhaltigen Turbinenschaufel der Zukunft

CleanTechnica wendet sich an Voodin, um weitere Informationen zu den in seinem Schichtholz verwendeten Holzarten und seinem Recyclingpotenzial zu erhalten.

Mittlerweile vergleicht Voodin seine Laminate mit den in der Bauindustrie verwendeten Strukturholzlaminaten. Obwohl Voodin darauf hinweist, dass seine Turbinenschaufeln nur für den Einsatz an Land bestimmt sind, gibt er an, dass seine Laminate haltbarer sind als herkömmliche Verbundwerkstoffe.

„Wir haben in den letzten zwei Jahren Hunderte von Labortests durchgeführt, um das zu perfektionieren Klinge Material“, erklärte Voodin-Mitbegründer Jorge Castillo in einer Pressemitteilung per E-Mail an CleanTechnica.

„Allen unseren Tests zufolge ist unser Klingen sind sogar noch haltbarer als das vorhandene Fiberglas Klingen„Da sie weniger Ermüdungserscheinungen aufweisen und nachweislich allen Wetterbedingungen an Land äußerst gut standhalten“, erläuterte Castillo.

Das ist nicht überraschend. CleanTechnica hat bereits Laminate in Form von Brettsperrholz entdeckt, die für den Bau von Windturbinentürmen verwendet werden, jedoch nicht die Rotorblätter selbst.

Furnierschichtholz unterscheidet sich von Brettsperrholz. Es ist so konstruiert, dass es die Holzmaserung auf eine Längsachse konzentriert. Aufgrund der Art der Tischlerei kann LVL in viel längeren Längen hergestellt werden als herkömmliches Schnittholz. „Beliebte LVL-Anwendungen umfassen Kopf- und Balkenträger, Grat- und Kehlsparren, Gerüstbeplankungen und das Flanschmaterial für vorgefertigte I-Träger aus Holz“, heißt es in der Mitteilung Holzwerkstoffverband erklärt.

Es bleibt abzuwarten, ob Rotorblätter von Windkraftanlagen auf der Liste der beliebtesten LVL-Anwendungen der Engineered Wood Association stehen. Wenn dies der Fall ist, könnte dies dazu beitragen, den Druck auf das Balsaholz zu verringern, das die schwere Arbeit verrichtet. Umweltorganisationen haben begonnen, wegen der Auswirkungen Alarm zu schlagen Balsaholzernte in Regenwaldökosystemen. LVL könnte Möglichkeiten für eine nachhaltigere und vielfältigere Holzlieferkette für Turbinenschaufeln eröffnen.

Viele Wege zu nachhaltigeren Rotorblättern für Windkraftanlagen

Eine weitere interessante Entwicklung im Bereich der Nachhaltigkeit von Turbinen ist, dass das National Renewable Energy Laboratory des Energieministeriums im Dezember 2023 seine Bemühungen, Epoxidharz unter anderem durch den üblichen Pflanzenabfallzucker Sorbit zu ersetzen, erneut aufgriff biobasierte Inhaltsstoffe.

Die Forschungsanstrengungen werden unter dem Akronym PECAN durchgeführt, obwohl Pekannüsse nicht beteiligt sind. Neben der Verdrängung fossiler Ressourcen aus der Lieferkette gibt NREL an, dass sein neues PECAN-Harz 30 % weniger Energie und 40 % weniger Treibhausgasemissionen verursacht als herkömmliches Epoxidharz für Rotorblätter von Windkraftanlagen.

Laut NREL übertrifft das PECAN-Harz in puncto Leistung herkömmliches Epoxidharz oder übertrifft es sogar. Insbesondere zeigt das PECAN-Harz eine hohe Leistung bei „Kriechtests“, bei denen der Steifigkeitsverlust gemessen wird, den Turbinenschaufeln im Laufe der Zeit erfahren können.

„Auch in der Kategorie Recyclingfähigkeit punktet das PECAN-Harz. Hersteller können es mit minimalem Energie- oder Geräteaufwand und ohne aggressive oder schädliche Chemikalien depolymerisieren (oder abbauen), stellt NREL außerdem fest.

Auch an neuen Methoden zum Recycling herkömmlicher Rotorblätter von Windkraftanlagen wird gearbeitet. Im Jahr 2022 zum Beispiel die US-Energieministerium hat die US-Firma angezapft Kohlenstoffflüsse für den Status „Erfolgsgeschichte“. Das Letzte, was wir hörten, war, dass das Unternehmen plante, durch ein Spin-off namens Windfall, Inc. zu expandieren, also werden wir dies im Auge behalten.

Auch ein neuer Recycling-Wettbewerb für Windkraftanlagen soll dazu beitragen, die Sache voranzutreiben. Das Energieministerium gab die erste Preisverleihungsrunde bekannt 20 Turbinen-Recycling-Teams im Januar mit Schwerpunkt auf Turbinenschaufeln und anderen schwer zu recycelnden Komponenten. Aus dieser Gruppe werden bis zu sechs Teams für zusätzliche Finanzierung und Unterstützung ausgewählt.

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Foto (ausgeschnitten): Neue Windturbinenblätter aus Holz sollen dazu beitragen, die allgemeine Nachhaltigkeit zu verbessern und Probleme beim Recycling von Windturbinen zu lindern (mit freundlicher Genehmigung von Voodin Blade Technology per E-Mail).