Onshore-WEA

Zur Abschätzung der Massen und zu erwartenden Stoffströme wurde in RecyleWind 1.0 auf Basis der installierten Anlagen onshore in Deutschland eine Excel-Datenbank „RecycleWind“ mit allen bis Frühjahr 2018 installierten Windenergieanlagen erstellt.

Die Datenbank enthält alle Daten der Windenergieanlagen an Land des Anlagenregisters der Bundesnetzagentur (Stand: Frühjahr 2018) sowie die Datensätze der Anlagen, die bis 08.2014 installiert wurden aus den Registern der Netzbetreiber (TransnetBW GmbH, TenneT TSO GmbH, Amprion GmbH und 50hertz Transmission GmbH).

Es wurden der Anlagentyp mit den jeweiligen elektrischen Leistungen und den Rotordurchmessern (soweit vorhanden) sowie Angaben zu Ort (Postleitzahl) und Zuordnung zu den Bundesländern erfasst, sodass hierüber Auswertungen für jedes Bundesland getrennt dargestellt werden können. Über die angegebene PLZ wurde jeder Windenergieanlage eine der vier Windzonen zugewiesen. Für alle Anlagen der Datenbank, die keine Angaben zum Rotordurchmesser haben, musste der Rotordurchmesser über eine Trendfunktion abgeschätzt werden. Dazu erfolgte im Registerblatt „Windzone Rotordurchmesser“ zunächst für jede Windzone die Bestimmung des Trends aus den realen Rotordurchmessern in Abhängigkeit der Leistung.

Diese Datenbank wurde in RecycleWind 2.0 auf der Basis des seit April 2019 freigeschalteten Marktstammdatenregisters angepasst und wird laufend weitergeführt (aktueller Stand 31.12.2022).

In Zusammenarbeit mit dem Rotorblatthersteller Euros GmbH mit Sitz in Berlin (heute TPI Composites) und Literaturrecherchen erfolgt in der Datenbank eine Zuordnung von Rotorblättern mit Carbon-Gurten „CFK“ anhand der Anlagentypen der WEAs. Alle anderen Anlagen erhielten die Zuordnung „GFK“. Ebenso wurden erste Abschätzungen über die Materialzusammensetzung für CFK und GFK-Rotorblätter erstellt und Trendaussagen zu Rotorblattmassen in Abhängigkeit von den Rotordurchmessers getroffen. Diese Ansätze werden mit fortlaufenden Inputdaten verdichtet und bei den updates der Datenbank dann entsprechend berücksichtigt.

In Tabelle 1 ist die derzeit angenommene prozentuale Materialzusammensetzung für „CFK“- und „GFK“-Rotorblätter WEA-Typ onshore dargestellt (Stand 09/2022).

Tab. 1: Abschätzung zur prozentualen Materialzusammensetzung für „CFK“- und „GFK“-Rotorblätter, gestaffelt nach Leistungsklassen in MWel

Diese Vorgehensweise ermöglicht neben der Prognose an Gesamtmassen (siehe Abb. 4a und 4b) eine materialspezifische Auswertung über anfallende End-of-Life-Rotorblätter. Hierbei erfolgt eine Berücksichtigung der unterschiedlichen Materialzusammensetzungen und den GFK- bzw. CFK-Blättern in Bezug auf die einzelnen betrachteten Leistungsklassen der WEA´s.

Abb.4a: Abschätzung des Massenaufkommens an End-of-Life(EoL)-Rotorblättern vom GFK-Typ für Onshore-WEA in Deutschland auf Basis der installierten Anlagen, Stand: 31.12.2022

Abb.4b: Abschätzung des Massenaufkommens an End-of-Life(EoL)-Rotorblättern vom CFK-Typ für Onshore-WEA in Deutschland auf Basis der installierten Anlagen, Stand: 31.12.2022

Über die Zuordnung der WEA´s zu Bundesland und Postleitzahl sind neben der Gesamtmassen an EOL-Rotorblätter auch regionale Auswertungen möglich.

Offshore WEA

Die oben beschriebene Datenbank wurde analog auch für die Windenergieanlagen offshore auf Basis der Angaben im Marktstammdatenregister erstellt (Stand 31.12.2021). Neben der Zuordnung zu Nabenhohe, Anlagentyp und Gründungsstruktur sowie der Zuordnung CFK- bzw. GFK-Rotorblatt und daraus abgeleiteten Rotorblattmassen sind hier auch an die jeweiligen Leistungsklassen angepasste Massen für die anderen Hauptkomponenten Nabe, Gondel, Turm, TP und Gründung als Trendangaben dargestellt.

Damit können erste Trendanalysen bzgl. anfallender EoL-Massen bei rückzubauenden Offshore WEA´s erfolgen. Diese Informationen sind insbesondere bei Planungen für notwendige technische Einrichtungen, Aggregate und Zwischenlagerkapazitäten zur Annahme und Erstbehandlung der rückgebauten Hauptkomponenten an einem Hafenstandort von Bedeutung.

In Abb. 5 sind die bis 2041 anfallenden abgeschätzten EoL-Massen für in Deutschland genehmigte Offshore-Windparks dargestellt.

Besonders im Zusammenhang mit langlebigen Produkten, wie bei den Rotorblättern von Windenergieanlagen, sind Informationen über verbaute Materialien und Konstruktionen für die späteren Recyclingbemühungen enorm bedeutend, weil unter Umständen auf die Hersteller selbst nicht mehr zurückgegriffen werden kann.

Ausreichende Produktinformationen werden in der heutigen Fachdiskussion zur Transformation hin zur Circular Economy als ein grundsätzliches Schlüsselelement angesehen. Hier finden zunehmend Forderungen nach sogenannten Produktpässen in der Abfallwirtschaft Resonanz.

Eine Möglichkeit, umweltrelevante Produktinformationen bereitzustellen, ist die EPD.

Die Abkürzung EPD leitet sich von der englischen Bezeichnung Environmental Product Declaration ab und wird auf Deutsch meist mit Umwelt-Produktdeklaration übersetzt. Bei einer EPD handelt es sich um ein Typ-III-Umweltzeichen (nach ISO 14025), also um eine umfassende und extern verifizierte Beschreibung der Umweltleistung ohne Wertung.

Eine EPD ist ein Dokument, in dem die umweltrelevanten Eigenschaften eines bestimmten Produktes in Form von neutralen und objektiven Daten abgebildet werden. Diese Daten decken möglichst alle Auswirkungen ab, die das Produkt auf seine Umwelt haben kann. Dabei wird im Idealfall der gesamte Lebensweg des Produktes berücksichtigt, incl. End-of-Life.

EPDs basieren auf Ökobilanzen nach ISO 14040 und ISO 14044, in denen die Umweltwirkungen eines bestimmten Produktes über seinen Lebensweg summiert und analysiert werden. Die DIN EN 15804 beschreibt den Standard für die Erstellung von EPDs von Bauprodukten. Eine besonders wichtige Eigenschaft von Ökobilanzen ist, dass sie nicht nur einzelne Kennzahlen oder Bewertungen liefern, sondern eine Vielzahl verschiedener Umwelteinflüsse einzeln abbilden können. Beispielsweise werden in der DIN EN 15804 neben Treibhausgasemissionen auch andere Einflüsse wie saurer Regen, die Bildung von Smog, der Verbrauch von fossilen Ressourcen und von Wasser oder der Recyclinganteil berücksichtigt.

Hersteller von Produkten bzw. von ihnen beauftragte Ökobilanzierer sehen sich bisher mit der Aufgabe konfrontiert, neben meist gut vorhandenen Daten für die Produktionsphase und der Nutzungsphase (EPD-Module A und B), auch Daten für die EPD-Module C (Rückbau, Nachnutzung, Verwertung, Entsorgung) und D (Recyclingpotenzial) zu erheben und zu bewerten. Für diese Prozesse liegen i.d.R. weit weniger ausreichende Daten vor. Diese werden daher meist mit generischen Daten gängiger Entsorgungs- und Verwertungsverfahren abgebildet. Da es bei der Auswahl der Szenarien am Lebensende keine engen Vorgaben gibt, können dafür gemachten Annahmen sehr unterschiedlich sein, was eine Vergleichbarkeit sehr erschwert. Diese strukturellen Defizite sind auch in den UBA-Gutachten zur Weiterentwicklung der EPDs im Baubereich (Texte 128/2021 und Texte 129/2021) herausgearbeitet und Empfehlungen zur Anpassung dazu ausgesprochen worden.

Im Vorhaben RecycleWind 1.0 und 2.0 wurden zeitlich parallel dazu die bisher vorliegenden Ansätze von EPDs aus dem Baubereich weiterentwickelt. Hier sind neben Angaben zur Materialzusammensetzung auch Aussagen über deren Recycling- und Kreislauffähigkeit getroffen worden. Dazu bedarf es Informationen zum Einbauort bei relevanten Materialien, u.a. in Form einer Konstruktionsskizze und Angaben über deren Demontagemöglichkeiten. Zusätzlich braucht es grundsätzlich einer Standardisierung für die Bewertung der Recycling- und Kreislauffähigkeit von Materialien im End of Life.

Im RecycleWind Vorhaben sind daher auf Basis der bestehenden Normen Empfehlungen für ein dem Recycling- und Kreislaufgedanken unterstützenden Inhalt einer derartigen Produktdeklaration am Beispiel „Rotorblatt“ erarbeitet worden. Die so erweiterte „EPD Rotorblatt 2.0“ mit integrierten Recyclingbewertungen kann somit zukünftig als Grundlagendokument zum Recycling für die Hauptkomponenten WEA dienen und beinhaltet:

• Informationen vom Hersteller über ein Produkt und dessen Komponenten, zur Demontage, damit Entsorgern und Recyclingunternehmen die Ausführung von optimierten End-of-Life Arbeitsabläufen erleichtert werden kann
• Eine Aussage/ Bewertung zur Recyclingfähigkeit, die auch das Vorhandensein von Kreislaufsystemen mit einzuschließen hat
• Eine Auswertung des Produktes anhand von LCA-Analysen (u.a. Carbon Footprint) und Darstellung der Gutschriften durch Stoffflüsse in Recycling- und/oder Verwertungsverfahren

Für die Bewertung einer ganzen Windenergieanlage sind mehrere EPDs, jeweils für die Hauptkomponenten, notwendig.

Im Bereich Download & Veröffentlichungen befindet sich die jeweils aktuelle Version der erarbeiteten EPD Rotorblatt 2.0. 

Festlegungen zur Bewertung der Recycling- und Kreislauffähigkeit am Beispiel Rotorblatt

In der klassischen EPD nach EN 15804 werden folgende Indikatoren zu den Abfall- und Outputflüssen angegeben:

• deponierter, gefährlicher Abfall
• deponierter, nicht gefährlicher Abfall
• entsorgter, radioaktiver Abfall
• Komponenten zur Wiederverwertung
• Materialien zum Recycling
• Substanzen zur Energierückgewinnung
• Exportierte Energie (elektrisch)
• Exportierte Energie (thermisch)

Für die Bewertung eines Produktes hinsichtlich einer Recyclings- und Kreislauffähigkeit reicht dies nicht aus. Die nachfolgenden Kapitel beschreiben die im RecycleWind-Vorhaben entwickelten Ansätze.

Recyclingfähigkeit

Bei der Betrachtung der Recyclingfähigkeit eines Produktes sind neben der Bewertung von Recyclingquoten für das Gesamtprodukt, hier dem Rotorblatt, gesonderte materialspezifische Betrachtungen für die bzgl. Ressourcen- und Klimaschutz relevantesten Materialien und Stoffe heranzuziehen. Dies betrifft die nach EU-Definition „kritischen Rohstoffe“ und die besonders CO₂-bzw. energieintensiven Stoffe, soweit die Letztgenannten in mengenmäßig relevanten Massenanteilen verbaut sind. Im Falle der „kritischen Rohstoffe“ erfolgt die gesonderte Betrachtung unabhängig der verbauten Gew.-% dieser Stoffe.

Neben diesen beiden gesonderten materialspezifischen Betrachtungen zum Recycling erfolgt zusätzlich eine Darstellung für eventuell im EoL-Material noch wirkungsrelevant verbauter gefährlicher Stoffe und deren Recycling- bzw. Eliminierungsmöglichkeiten im Rückbau- und Entsorgungsprozess zur Stärkung der Recyclingfähigkeit und Verhinderung ubiquitärer Verteilung.

Zur Bewertung der Recyclingfähigkeit werden verbaute (Roh-)Stoffe, Halbzeuge und Produkte bzgl. der Einstufung als „kritischer Rohstoff“ und mit ihren GWP-Werten bzw. ihren Daten zum Primärenergiebedarf (Primary Energy Demand = PED) gelistet (siehe Tab. 2).

Bei der Zuordnung als kritischer Rohstoff ist auch auf die indirekte Zuordnung zu achten, z.B. Aluminium wg. Einstufung Bauxit als kritischer Rohstoff oder bei verbauten Halbzeugen, Produkten auch auf deren Zusammensetzungen und daran anteiligen kritischen Rohstoffen, z.B. E-Glasfaser wg. 5-10%igem Anteil an Boroxid (d.h. hier als kritischer Rohstoff eingestuftes Borat). Nicht alle E-Gläser enthalten allerdings Bor, umso wichtiger ist eine Angabe durch die Hersteller im Rahmen der EPD.

Im Falle der „kritischen Rohstoffe“ wird vorgeschlagen diese gesonderte Betrachtung unabhängig der verbauten Gew.-% dieser Stoffe vorzunehmen. Diese Vorgehensweise gilt auch für verbauten gefährliche Stoffe, soweit diese in den verbauten Materialien noch in ihrem Urzustand/ Wirkungsmechanismen enthalten sind.

Im Falle der energieintensiven Stoffe wird vorgeschlagen, ab einen PED-Wert, der das 2-fache des Heizwertes für Rohöl von 42 MJ/kg übersteigt, diese zusätzlich gesondert zu betrachten. Mit dem 2-fachen des Heizwertes für Rohöl soll eine über den Energieinhalt des Stoffes hinausgehende energieintensive Veredelung zum Kunststoff berücksichtigt werden, um erst dann als hoch energieintensiver Stoff bzgl. der Fragestellungen zur Recyclingfähigkeit eines Produktes hergezogen zu werden. Um die mengenmäßige Relevanz der letztgenannten Materialien bei einem realen Produkt abschätzen zu können, werden die PED-Werte mit den Gewichtsanteilen im Produkt multipliziert. Überschreitet diese Summe, die den PED-Anteil im fertigen Produkt beschreibt, einen Wert von 20% an der Summe aller spezifischen PED-Werte des Produktes, so wird dies als anteilsmäßig relevant eingestuft und für diese energieintensiven Stoffe eine zusätzliche gesonderte Betrachtung durchgeführt.

In Tab. 2 ist am Beispiel des Rotorblattes CF-Typ aus der EPD Rotorblatt 2.0 eine derartige Auswertung bzw. Zuordnung zusammengefasst.

Tab. 2: Kenndaten zu GWP/PED verbauter Materialien Rotorblatt CF-Typ aus der EPD Rotorblatt 2.0

*) = MITTEILUNG DER EU-KOMMISSION: Widerstandsfähigkeit der EU bei kritischen Rohstoffen: Einen Pfad hin zu größerer Sicherheit und Nachhaltigkeit abstecken; Brüssel 3.9.2020
**) = Summe PED MJ/kg * Gew-Anteil verbauter Stoff;
rot = relevante energieintensive (Ausgangs-)Stoffe bzw. energieintensive Produktbestandteile

Im Ergebnis der Auswertung zu den besonders zu betrachtenden Materialien sind bei diesem hier dargestellten Rotorblatttyp

• bzgl. Einstufung als „energieintensive Stoffe“ die Carbonfasern und das Epoxidharz sowie
• bzgl. Einstufung als „kritische Rohstoffe“ die Carbonfasern, Aluminium und Glasfasern 

dann im Detail zu betrachten.

Noch wirkungsrelevante gefährliche Stoffe sind in den EoL-Materialien nicht vorhanden.

Bzgl. der Bewertung der Recyclingfähigkeit wird für die klima- und ressourcenrelevanten Materialien geprüft, ob für diese verbauten Stoffe

a) Demontagehinweise zur Separation und
b) vorhandene Recyclingverfahren, -wege vorhanden sind sowie
c) deren Effektivität bzgl. einer realen Kreislaufführung bzw. Kaskadennutzung bewertet.

Im Falle von „gefährlichen Stoffen“ wird geprüft, ob für diese Stoffe bzw. damit belasteten Materialien

• Demontagehinweise bzw. Hinweise zur Separation der vorhandenen gefährlichen Stoffe vorhanden sind und/oder
• ob diese bei nachfolgenden Recyclingverfahren effizient ausgeschleust werden können.

Kreislauffähigkeit

Neben der Recyclingfähigkeit wird die damit einhergehende Fähigkeit zur Unterstützung einer Kreislauffähigkeit im Rahmen einer zirkulären Ökonomie beschrieben. Dafür wird folgende Definition für eine Kreislauffähigkeit herangezogen:

kreislauffähige Outputströme; aus Recyclingprozessen, die

a) Rezyklatqualitäten generieren, welche materialgleiche Neuware ersetzen können, h. als „Substitut Sekundärrohstoff bzw. Rezyklat“ in der Neuware enthalten sind (z.B. Aluminium oder rCF in Textilgewebe) oder diese komplett ersetzen (Umformung   von Thermoplasten) und/oder
b) Grundstoffe generieren (Bestandteile von Pyrolyseölen oder -gasen), die zur Herstellung materialgleicher Neuware wieder genutzt werden können.

Dem gleichgestellt werden Outputströme bzw. Rezyklate, die nicht materialgleiche Neuware ersetzen, sondern zur Herstellung in anderen Produkten genutzt werden, und nach deren Lebensende diese erneut als Rezyklate des Ausgangsstoffes (Weiternutzbarkeit der Ursprungseigenschaften) zurückgewonnen werden können (u.a. Herstellung öffentliches Mobiliar aus GFK-Segmenten, Nutzung von CFK-Gurten zu neuen Halbzeugen oder rCF aus Rotorblättern in neuen Textilgeweben), oder Grundstoffe, die für andere Produkte (nicht materialgleiche Neuware) genutzt werden und daraus auch wieder generierbar sind.

Als nicht kreislauffähig im Sinne dieser Definition gelten gemahlene Faserverbundkunststoffe, Glas- bzw. Carbonfasern auf z.B.  < 0,5 bis 1mm Länge und deren nachfolgende Nutzung in neuen Kunststoffprodukten.

Zur Unterstützung einer Bewertung von Recyclingfähigkeit und Kreislauffähigkeit, von im Produkt verbauten Stoffen, werden die in der bestehenden DIN EN 15804 + A2 definierten Output-Indikatoren

• „Material for Recycling (MFR)“: stoffliches Recycling (im Falle Rotorblatt: Glasfasern als stoffliche Materialien für Neuproduktion Zement, MPC- Platten, Pflastersteine; Verwendung von rCF^*) im Spritzguss/Vlies, Metallrecycling),
• „Material for Energy Recovery (MER)“: energetische Verwertung als qualifizierter Brennstoff mit festgelegten Qualitätsanforderungen (im Falle Rotorblatt: Kunststoffanteil (Epoxidmatrix, Hartschäume), Balsaholz im Zementwerk)

noch um folgende Indikatoren ergänzt bzw. differenziert:

• Material for Circularity (MFC) = Material wird im Kreislauf gehalten (Im Falle Rotorblatt: GFK/Sandwichmatrix als (Neu-)Möbel, Neugewebe aus rCF, Metalle)
• Material for energetic utilisation (MEU) = energetische Verwertung als nicht-qualifizierter Brennstoff ohne festgelegte Qualitätsanforderungen (Im Falle Rotorblatt: Verbrennung von Balsaholz in Altholzkraftwerken bei Verwertungspfad Pflastersteine)

Die Empfehlungen zur inhaltlichen Erweiterung der bisher obligatorischen Informationen in einer EPD zum Thema Recycling und Entsorgung, hier insbesondere der höhere Detaillierungsgrad im Kapitel Demontage und die neuen Ansätze zur Beschreibung der Recycling- und Kreislauffähigkeit, können in Hinblick der in den oben genannten UBA-Gutachten zu EPD´s aus dem Baubereich (Texte 128/ 2020 und Texte 129/ 2020) benannten Mängel bei den bisherigen LCA-Auswertungen bzgl. Rückbau, Entsorgung und zum Recyclingpotenzial als zielführend angesehen werden.

Ebenso können diese Umsetzungen einer erweiterten EPD bzw. deren Inhalte als gutes Beispiel für die aktuell in der Politik diskutierten Recyclingpässe (siehe u.a. EU-Kommissionsvorschlag zur Novelle zur Öko-Design-Richtlinie vom März 2022) dienen, die ferner auch dem Ansinnen einer Bewertung der Recyclingfähigkeit der Rotorblätter gemäß Novelle zum deutschen Wind auf dem See-Gesetz gerecht werden.

LCA-Auswertung in der EPD

In den der EPD zu Grunde liegenden LCA-Auswertung sind Rückbau- und Recyclingprozesse im Detail zu betrachten und auch entsprechende Gutschriften für den Einsatz als Sekundärmaterial mit anzugeben. Dazu müssen für alle Recyclingschritte bzw.-verfahren Prozessdatenblätter mit den Massen- und Energieströmen vorliegen, die weitgehend auf realen Daten bzw. darauf aufbauenden Abschätzungen basieren. Diese Auswertungen zur EoL-Behandlung haben die gesamte Verwertungskette miteinzubeziehen, vom Rückbau, über die verschiedenen Aufbereitungsverfahren bis zum möglichen letzten Reinigungsschritt beim Einsatz des Sekundärrohstoffes in der Neuproduktion.

Durch unsere Arbeiten konnten für den Bereich des Rückbaus von onshore-Windenergieanlagen inkl. der weiteren Aufbereitung der Stoffströme hierfür nun Daten im Detail ermittelt werden. Diese werden prozessbezogen in Datenblätter dargestellt. Es liegen derzeit folgende Datenblätter vor:

• Rückbau WEA-onshore
• Zementpfad GFK
• MPC-Plattenpfad GFK
• Pflastersteinpfad GFK
• Pyrolysepfad CFK

Das Datenblatt Rückbau WEA umfasst auch die Aufbereitung der Stahlkomponenten bis zur Stahlwerksgüte, d.h. Zerkleinerung auf Maße von 150cm x 50cm.

Für Beton aus dem Rückbau von WEA´s liegen nach der Demontage der Fundamente und etwaiger Betonturmsegmente für die weitere Aufbereitung zu Recycling-Baustoffe oder auch Recycling-Beton bereits detaillierte Analysen bzgl. Massen- und Energieflüsse vor, auf die zurückgegriffen werden kann [Lit. 9].

Nicht betrachtet wurden die Entsorgungswege für Mittelspannungskabel, Batterien und den Elektroschrott inkl. Transformatoren sowie für Generatoren, für die jeweils etablierte Verwertungswege vorhanden sind und die grundlegenden Kenndaten für diese jeweiligen Aufbereitungs- und Verwertungspfade in der Literatur vielfältig beschrieben sind.

Eine gesonderte Betrachtung bedarf es für die Demontage und das Recycling von verbauten Permanentmagneten in den Getrieben und zum Teil in den Türmen. Ein etabliertes Demontageverfahren zur Rückgewinnung von Permanentmagneten existiert noch nicht, insbesondere für die im Falle der WEA´s doch z.T. sehr schweren Permanentmagneten mit ihren starken magnetischen Kräften. Auch besteht für das Recycling dieser Komponenten noch ein hoher Entwicklungs- und Forschungsbedarf (aktuell findet hierzu ein Forschungsvorhaben der Deutschen Bundesumweltstiftung statt: WindLoop – Effiziente Rückführung von Selten-Erde- und Nicht-Eisen-Metallen aus Windenergieanlagen in den Stoffkreislauf; DBU-AZ: 37114/01; Laufzeit 16.4.2021 – 16.4.2023). Von daher stehen zum jetzigen Zeitpunkt für diese Materialien keine Daten bzgl. Rückbau, Demontage, Aufbereitung und Verwertung zur Verfügung, die eine Bewertung zulassen würden.

Die erfassten Daten in den entwickelten Prozessdatenblättern sind Grundlage für die Stoffstrommodellierungen und für die Lebenszyklusanalysen. Dabei werden nur Verfahren berücksichtigt, die nach dem Stand der Technik am Markt auch zur Verfügung stehen. So sind für die glasfaserverstärkten Kunststoffe (GFK-Pfad) die in der folgenden Abbildung 6 dargestellten Recycling und Verwertungswege betrachtet und hinsichtlich des CO₂-Fußabdrucks bzw. des Global Warming Potentials (GWP) bewertet worden (siehe als Beispiel LCA-Vergleich für einige GFK-Recyclingverfahren in Abbildung 7).

Abb. 6: Prognose Stoffstrom Recycling, Verwertung von GFK-Materialien aus EoL-Rotorblätter für das Jahr 2036 auf Basis Stand der Technik und Markt im Jahr 2021

Mit unserem Ansatz der Detailaufnahme von Prozessdatenblättern und Substitutionseffekte konnten mittels der LCA-Auswertung diese Umweltaspekte anhand des Global-Warming-Potentials sehr gut visualisiert werden. Zudem stellen die Ergebnisse dieser Lebenszyklusanalysen eine wichtige Information zur Bewertung bzw. Steuerung beim Recycling hin zur Zirkularität dar. Dabei bedarf es immer einer Gesamtbetrachtung aus Energieaufwand und erzielbarer Zirkularität. Je energieaufwändiger die Schritte zur Rückgewinnung von einzelnen Stoffen im Sinne von Zirkularität sind, umso entscheidender ist es, diesen Weg dann auch kritisch bzgl. einer realen Umsetzung zu begleiten.

Abb. 7: Global-Warming-Potenzial Vergleich für die Verwertungswege Zementpfad und MPC-Pfad der GFK-Materialien aus dem Rückbau von Rotorblättern; inkl. Gutschriften durch Substitution von Sand, Ton und Kalkstein sowie Primärenergie beim Zementwerk und Substitution von Kalkstein und Polypropylen beim MPC sowie Kalkstein und Polyester beim Pflasterstein

Zu Beginn des ersten Projektes in 2017/18 und als Zwischenergebnis der Arbeiten in RecycleWind 1.0 standen hier folgende Punkte im Fokus:

• Fehlende Kommunikation der Akteure untereinander, keine gemeinsamen Handlungsstrategien
• Die Informationssituation über Materialzusammensetzung und Massenströme war/ ist nicht ausreichend
  
  • Rechte an geistigem Eigentum versus Transparenz
• Rechtsrahmen unbefriedigend, keine Verantwortung des Herstellers für die Konstruktion recycelbarer Rotorblätter bzw. zu Produktdeklarationen
• keine einheitlichen Vorgaben von Behörden zum Rückbau
• Ökonomische Interessen versus Lebenszyklusdenken und –handeln
  
  • Das Marktpotenzial für recycelte Glasfasern ist gering
  • Recycling und Entsorgung Carbonfasern ist noch nicht etabliert

Auf Basis dieser Zwischenergebnisse wurde ein Ansatz in RecycleWind verfolgt, das Verwertungsnetzwerk als Gütegemeinschaft aufzubauen.

Modellansatz einer Gütegemeinschaft „RecycleWind“

Basiselement einer derartigen Gütegemeinschaft, die im Bereich Abfallwirtschaft u.a. für (mineralische) Recyclingbaustoffe, Kompost oder für Sekundärbrennstoffe bereits existieren, aber auch bei Produkten wie den RAL-gütegesicherten Mineralwollen bekannt sind, ist die Etablierung eines Güteausschusses, der die Einhaltung der Vorschriften zur Gütesicherung sicherstellt.

Im Güteausschuss sollten alle wichtigen Akteursgruppen durch entsprechende Mitglieder vertreten sein; daneben auch Vertreter von Genehmigungsbehörden und FuE. Da die Akteure z.T. untereinander am Markt auch als Konkurrenten agieren können, bietet sich für die Organisation und Koordination sowie der Moderation die Leitung des Güteausschusses durch eine „neutrale Stelle“, wie z.B. ein An-Institut der Hochschule Bremen an.

Der Güteausschuss vergibt Gütesiegel für Mitgliedsfirmen, die sich an die festgelegten Standards halten. Dies ist durch erfolgreiche Teilnahme an festgelegten Zertifizierungen/ Überprüfungen nachzuweisen.

Die Arbeit einer derartigen Gütegemeinschaft fußt dabei auf ausreichenden Produktdeklarationen seitens der Hersteller; wobei im Falle der WEA hier die Hauptkomponenten jeweils getrennt zu betrachten sind. Die entwickelte EPD-plus bzw. die darin geforderten Daten sollte für Mitglieder der Gütegemeinschaft als Standard gelten, soweit diese zukünftig nicht generell, insbesondere für langlebige Produkte, vom Gesetzgeber vorgeschrieben werden.

Die Gütegemeinschaft schafft durch eine laufende Aktualisierung der Bewertungen damit auch eine ständige Neubewertung der „alten“ EPDs. Allein diese wiederkehrende (Neu-)Bewertung wird dem Recycling langlebiger Produkte und damit auch der Herstellerverantwortung gerecht.

Daneben ist ein Überblick über den Gesamtbestand aller Windenergieanlagen und deren Kenndaten für die Arbeit in der Gütegemeinschaft von großer Bedeutung. Nur darüber lassen sich Stoffstromflüsse des derzeitigen und des zukünftigen Bestandes abbilden bzw. prognostizieren und damit notwendige Aufbereitungs- und Verwertungskapazitäten abschätzen bzw. aufzeigen. Bei fehlenden Kapazitäten sind entsprechende Lösungen im Rahmen der erweiterten Herstellerverantwortung zu diskutieren.

Hierzu fanden mehrere Konsultationen zu bestehenden Verbänden aus der Windenergiebranche und Herstellern von Windenergieanlagen statt. So wurden VDMA, BWO, Vestas, Siemens-Gamesa, WindEurope , Deutsche WindGuard, RDR-Wind e.V: über unsere Vorstellung informiert und deren Sichtweise dazu eruiert.

Verwertungsnetzwerk / Gütegemeinschaft Stand 3/2022

In diesem Kontext ist festzuhalten, dass sich heute das Bild gegenüber der Ausgangssituation anders darstellt:

• DIN SPEC 4866 zum Rückbau, Demontage, Recycling und Verwertung ist seit 8/2020 veröffentlicht, aktuell in der Evaluierungsphase
• Rechtliche Vorgaben zum Rückbau bei den Genehmigungsbehörden sind weitgehend geordnet und in zwei Gutachten, die vom UBA beauftragt wurden, werden bis Ende 2022 dazu noch vertiefende Empfehlungen zu erwartet; u.a.
  • zum Arbeits- und Immissionsschutz beim Zerteilen und Zerkleinern der FVK mit Glas- und Carbonfasern
  • zum Umgang mit Pfahlgründungen beim Rückbau onshore WEA
  • Empfehlungen zu Fragen der Organisationsverantwortung bzgl. Rückbau, Verwertung
• Einbringen relevanter Aspekte über WindEurope zum Rückbau und Recycling [Lit 13] in den europäischen Rechtsrahmen bei der Internationalen Elektrotechnischen Kommission TC88 für Windkraftanlagen, um eine Änderung der IEC 61400-28 CD „Technical Specification Wind energy generation systems – Throughlife management and life extension of wind power assets“ zu erwirken. Die Änderung zielt darauf ab, in der Vorschrift Inhalte für das Ende der Lebensdauer hinzuzufügen.
• Das Geschäft läuft für die relevanten Hersteller und Betreiber europaweit, d.h. Lösung für ein Verwertungsnetzwerk sind europaweit aufzubauen.
• Für die Verwertung der Faserverbundstoffe aus den Verkleidungen und den Rotorblättern finden sich aufgrund des bisherigen hohen Preisniveaus heute vermehrt Akteure in ganz Europa, die Lösungen anbieten. So werden Rotorblätter aus Deutschland und Österreich als 5 bis 12m-lange Segmente bis nach Portugal transportiert. Zum Teil sind es dabei Recycling-Ansätze mit derzeit nur geringen Kapazitäten von 1.500 – 5.000 Mg/a.

Zudem haben sich die wichtigsten Hersteller und Betreiber in Ihrer jeweiligen firmeneigenen Nachhaltigkeitspolitik bzw. Unternehmensstrategie auf eine klimaneutrale Produktion und zirkuläre Stoffstrommodelle festgelegt (siehe auch Ausführungen dazu im Fazit zu AP 3).

Dazu haben sich die führenden Herstellern GE, Vestas, und Siemens-Gamesa in gemeinsamen Projekten zusammengefunden; u.a. DecomBlade; Start Jan. 2021 (mit dem Schwerpunkt. neuer Recyclingansätze) und ZEBRA (Zero wastE Blade ReseArch); Start Sept. 2020) (mit dem Schwerpunkt. neuen Designs der Rotorblätter).

Bei dieser weitgehend einheitlichen Zielformulierung in der Branche stehen daher nicht unterschiedliche Abfallstrategien mit unterschiedlichen Marktteilnehmern im Vordergrund, sondern die Nachweisführung über die selbst gewählte Zielerreichung und deren transparente Kommunikation gegenüber der Öffentlichkeit. Dafür bietet sich eine Zusammenarbeit mit Vertretern aller beteiligten Wertschöpfungsketten im Rahmen eines europäischen Ansatzes für eine Recyclingnetzwerk, sinnvollerweise innerhalb vom Branchenverband WindEurope, an. Im Ergebnis sind hier die Zielerreichungsgrade zu publizieren. Ferner sollten über diese Plattform anhand konkreter Planungen der Betreiber jährlich im Voraus Rückbaumassen prognostiziert werden, um damit einhergehende notwendige Kapazitäten an notwendige Anlagen und Maschinen (u.a. Schwerlastkräne zum Rückbau onshore, Transporteinheiten offshore, Erstbehandlungskapazitäten an relevanten Hafenstandorten) aufzuzeigen.

Eine Vertiefung der Diskussion ist auf Ebene der Verbänden VDMA, WindEurope, BWO, BWE, RDR-Wind bzgl. eines europäischen Ansatzes für ein derartiges Netzwerk zu führen. Die Ergebnisse aus den bisherigen Arbeiten im Projekt RecycleWind sollten nach Möglichkeit in die aktuellen Aktivitäten bei „Windeurope“ :

• WindEurope Decommissioning and Dismantling mit dem Ziel rückbau- und recyclingrelevante Aspekte in den europäischen Rechtsrahmen bei der Internationalen Elektrotechnischen Kommission TC88 für Windkraftanlagen einzubringen (siehe oben).
• Erstellung einer Übersicht zu bestehenden Behandlungskapazitäten für EoL-WEA´s in Europa

eingebracht werden.

Die hier in dem vorliegenden AUF-Vorhaben RecycleWind entwickelten Werkzeuge

• die erweiterte Umweltproduktdeklaration,
• die WEA Datenbank
• die Prozessdatenblätter
• Stoffflussanalysen inkl. LCA-Auswertungen

stellen dafür eine gute Basis zur Arbeit in einem solchen Recyclingnetzwerk dar und könnten als Dienstleitungen hier eingebracht werden.

Im Gegensatz zum bisherigen Ansatz des Aufbaus einer Gütegemeinschaft nach deutschem Recht als Komplett-Organisation (und der damit verbundenen möglichen Etablierung einer Dienstleistung als „neutraler“ Operator) erscheint unter den gegebenen Reaktionen aus dem Markt bzw. bei den relevanten Akteuren hier eine Fokussierung auf die vorgenannten Dienstleistungen als zielführend. Ein Verwertungsnetzwerk zum Recycling von Windenergieanlagen sollte europaweit, möglichst in einem bestehenden Branchenverband wie z.B. WindEurope etabliert werden.