مواد و فناوری‌های پیشرفته

مواد و فناوری‌های پیشرفته

فناوری‌های بازیافت پره‌های کامپوزیتی توربین بادی و مدیریت پسماند آن‌ها

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان
ابوالفضل پوررجبیان 1
مهسا قاسمی‌زاده 2
مازیار دهقان 3
سعید رهگذر 1
1 استادیار، پژوهشکده ی انرژی، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، ایران
2 کارشناس ارشد، پژوهشکده‌ی انرژی، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، ایران
3 دانشیار، پژوهشکده‌ی انرژی، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، ایران
10.30501/jamt.2024.473762.1305
چکیده
انرژی بادی در مقابله با تغییر اقلیم و اهمیت‌ گذار انرژی و جایگزینی سوخت‌های فسیلی با انرژی‌های تجدیدپذیر سهم بسزایی ایفا می‌کند. کشورهای متعددی در جهان از سالیان گذشته اقدام به نصب توربین‌های بادی کردند و برنامه‌هایی بلندمدت برای بهره‌گیری از انرژی بادی در دهه‌های آتی دارند. نظر به تعداد زیاد این توربین‌ها و عمر کاری آن‌ها (20 تا 30 سال)، موضوع مدیریت پسماند اجزای آن‌ها به چالشی جدی تبدیل شده است، به‌ویژه آنکه اولین نسل توربین‌های بادی در شرف ازکارافتادگی و پایان طول عمر خود قرار دارد. از میان اجزای توربین‌های بادی، بازیافت و مدیریت پسماند پره‌های آن، که اکثراً از جنس کامپوزیت‌های برپایه‌ی الیاف فایبرگلاس هستند، دشوارتر است. پیش‌بینی می‌شود که تا پایان 2050 در حدود 43میلیون تُن پره به پایان عمر کاری خود می‌رسند. پژوهش حاضر به معرفی و بررسی فناوری‌های بازیافت پره‌های توربین بادی و مدیریت پسماند آن‌ها می‌پردازد. در این خصوص، سلسله‌مراتب مدیریت پسماند پره‌ها شامل شش گروه اجتناب، استفاده‌ی مجدد، تغییر کاربری، بازیافت، بازیابی و دفع معرفی شده که در این میان و به‌طور خاص فناوری‌های بازیافت مکانیکی، حرارتی و شیمیایی بررسی و با هم مقایسه شده‌اند. روش بازیافت شیمیایی نه‌تنها قابلیت اعمال بر روی پره‌هایی را که جدید ساخته می‌شوند داشته، بلکه قادر بوده بر روی پره‌هایی که در حال کار هستند نیز اعمال شود و آن‌ها را پس از اتمام عمر کاری به چرخه‌ی ساخت پره‌های جدید بازگرداند که نوید اقتصاد چرخشی را می‌دهد.
کلیدواژه‌ها
انرژی بادی
توربین بادی
پره‌ی کامپوزیتی
بازیافت
مدیریت پسماند

موضوعات

عنوان مقاله English

Recycling Technologies and Waste Management of Wind Turbine Composite Blades

نویسندگان English

Abolfazl Pourrajabian 1
Mahsa Ghasemizadeh 2
Maziar Dehghan 3
Saeed Rahgozar 1
1 Assistant Professor, Department of Energy, Materials and Energy Research Center, Karaj, Iran.
2 MSc, Department of Energy, Materials and Energy Research Center, Karaj, Iran.
3 Associate Professor, Department of Energy, Materials and Energy Research Center, Karaj, Iran.
چکیده English

To address climate change issue and transition from fossil fuels to renewable energy, wind energy plays a pivotal role. Several countries have installed wind turbines in the past years and have long-term plans to harness wind energy in the coming decades. Given the large number of these turbines and their limited lifespan, typically ranging from 20 to 30 years, managing the waste from their components has become a significant challenge. In particular, the recycling of wind turbines blades, mostly made of fiberglass composites, is a difficult task. It is predicted that by the end of 2050, approximately 43 million tons of blades will reach the end of their operational life. The present study introduces the waste management and recycling technologies for these blades. Following the waste management hierarchy, which consists of the prevention, reuse, repurpose, recycling, recovery, and disposal, the three key recycling methods_ mechanical, thermal, and chemical_ are thoroughly examined. The chemical method can be applied not only to new blades but also to older ones, bringing them back to the recycling process and contributing to the production of new-generation blades, thereby supporting the development of a circular economy.

کلیدواژه‌ها English

Wind Energy
Wind Turbine
Composite Blade
Recycling
Waste Management
  1. Akesson, D., Foltynowicz, Z., Christeen, J., & Skrifvars, M. (2012). Microwave pyrolysis as a method of recycling glass fibre from used blades of wind turbines. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 31(17), 1136-1142. https://doi.org/10.1177/0731684412453512
  2. Alshannaq, A. A., Bank, L. C., Scott, D. W., & Gentry, R. (2021). A decommissioned wind blade as a second-life construction material for a transmission pole. Construction Materials, 1(2), 95-104. https://doi.org/10.3390/constrmater1020007
  3. Arena, U., Di Gregorio, F., Amorese, C., & Mastellone, M. L. (2011). A techno-economic comparison of fluidized bed gasification of two mixed plastic wastes. Waste Management, 31(7), 1494-1504. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2011.02.004
  4. Ateeq, M. (2023). A review on recycling technique and remanufacturing of the carbon fiber from the carbon fiber polymer composite: Processing, challenges, and state-of-arts. Composites Part C: Open Access, 100412. https://doi.org/10.1016/j.jcomc.2023.100412
  5. Bank, L. C., Arias, F. R., Yazdanbakhsh, A., Gentry, T. R., Al-Haddad, T., Chen, J. F., & Morrow, R. (2018). Concepts for reusing composite materials from decommissioned wind turbine blades in affordable housing. Recycling, 3(1), 3. https://doi.org/10.3390/recycling3010003
  6. Beauson, J., Madsen, B., Toncelli, C., Brøndsted, P., Ilsted Bech, J. (2016). Recycling of shredded composites from wind turbine blades in new thermoset polymer composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 90, 390-399. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2016.07.009
  7. Beauson, J., Laurent, A., Rudolph, D. P., & Jensen, J. P. (2022). The complex end-of-life of wind turbine blades: A review of the European context. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 155, 111847. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111847
  8. Broniewicz, M., Halicka, A., Buda-Ożóg, L., Broniewicz, F., Nykiel, D., & Jabłoński, Ł. (2024). The Use of Wind Turbine Blades to Build Road Noise Barriers as an Example of a Circular Economy Model. Materials, 17(9), 2048. https://doi.org/10.3390/ma17092048
  9. Cooperman, A., Eberle, A., & Lantz, E. (2021). Wind turbine blade material in the United States: Quantities, costs, and end-of-life options. Resources, Conservation and Recycling, 168, 105439. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2021.105439
  10. Cousins, D. S., Suzuki, Y., Murray, R. E., Samaniuk, J. R., & Stebner, A. P. (2019). Recycling glass fiber thermoplastic composites from wind turbine blades. Journal of cleaner production, 209, 1252-1263. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.10.286
  11. Cunliffe, A. M., Jones, N., & Williams, P. T. (2003). Pyrolysis of composite plastic waste. Environmental technology, 24(5), 653-663. https://doi.org/10.1080/09593330309385599
  12. Delaney, E. L., McKinley, J. M., Megarry, W., Graham, C., Leahy, P. G., Bank, L. C., & Gentry, R. (2021). An integrated geospatial approach for repurposing wind turbine blades. Resources, Conservation and Recycling, 170, 105601. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2021.105601
  13. Delaney, E. L., Leahy, P. G., McKinley, J. M., Gentry, T. R., Nagle, A. J., Elberling, J., & Bank, L. C. (2023). Sustainability Implications of Current Approaches to End-of-Life of Wind Turbine Blades—A Review. Sustainability, 15(16), 12557. https://doi.org/10.3390/su151612557
  14. Fonte, R., & Xydis, G. (2021). Wind turbine blade recycling: An evaluation of the European market potential for recycled composite materials. Journal of environmental management, 287, 112269. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112269
  15. Jacoby, M. (2022). Recycling wind turbine blades. Eng. News, 100(27), 26–30. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/cen-10027-cover
  16. Jensen, J. P., & Skelton, K. (2018). Wind turbine blade recycling: Experiences, challenges and possibilities in a circular economy. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 97, 165-176. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.08.041
  17. Joustra, J., Flipsen, B., & Balkenende, R. (2021). Structural reuse of high-end composite products: A design case study on wind turbine blades. Resources, Conservation and Recycling, 167, 105393. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2020.105393
  18. Hau, E., & Renouard, H. (2006). Wind turbines: fundamentals, technologies, application, economics (Vol. 2). Berlin: springer. https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-642-27151-9
  19. Kennerley, J. R., Kelly, R. M., Fenwick, N. J., Pickering, S. J., & Rudd, C. D. (1998). The characterisation and reuse of glass fibres recycled from scrap composites by the action of a fluidised bed process. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 29(7), 839-845. https://doi.org/10.1016/S1359-835X(98)00008-6
  20. Leahy, P. G. (2019). End-of-life options for composite material wind turbine blades: recover, repurpose or reuse. In Proceedings of the 14th SWEDES Conference, Dubrovnik, Croatia (pp. 1-6). https://www.re-wind.info/s/Leahy_ReWind_Paper2019_v4.pdf
  21. Liu, P., & Barlow, C. Y. (2017). Wind turbine blade waste in 2050. Waste Management, 62, 229-240. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2017.02.007
  22. Liu, P., Meng, F., & Barlow, C. Y. (2019). Wind turbine blade end-of-life options: An eco-audit comparison. Journal of Cleaner Production, 212, 1268-1281. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.12.043
  23. Mastellone, M. L., Perugini, F., Ponte, M., & Arena, U. (2002). Fluidized bed pyrolysis of a recycled polyethylene. Polymer Degradation and Stability, 76(3), 479-487. https://doi.org/10.1016/S0141-3910(02)00052-6
  24. Mamanpush, S. H., Li, H., Englund, K., & Tabatabaei, A. T. (2018). Recycled wind turbine blades as a feedstock for second generation composites. Waste Management, 76, 708-714. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2018.02.050
  25. Murray, R. E., Jenne, S., Snowberg, D., Berry, D., & Cousins, D. (2019). Techno-economic analysis of a megawatt-scale thermoplastic resin wind turbine blade. Renewable Energy, 131, 111-119. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.07.032
  26. Murray, R. E., Beach, R., Barnes, D., Snowberg, D., Berry, D., Rooney, S., ... & Hughes, S. (2021). Structural validation of a thermoplastic composite wind turbine blade with comparison to a thermoset composite blade. Renewable Energy, 164, 1100-1107. https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.10.040
  27. Oliveux, G., Dandy, L. O., & Leeke, G. A. (2015). Current status of recycling of fibre reinforced polymers: Review of technologies, reuse and resulting properties. Progress in materials science, 72, 61-99. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2015.01.004
  28. Ortegon, K., Nies, L. F., & Sutherland, J. W. (2013). Preparing for end of service life of wind turbines. Journal of Cleaner Production, 39, 191-199. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2012.08.022
  29. Pickering, S. J. (2006). Recycling technologies for thermoset composite materials—current status. Composites Part A: applied science and manufacturing, 37(8), 1206-1215. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2005.05.030
  30. Rajak, D. K., Pagar, D. D., Menezes, P. L., & Linul, E. (2019). Fiber-reinforced polymer composites: Manufacturing, properties, and applications. Polymers, 11(10), 1667. https://doi.org/10.3390/polym11101667
  31. Ramirez-Tejeda, K., Turcotte, D. A., & Pike, S. (2017). Unsustainable wind turbine blade disposal practices in the United States: A case for policy intervention and technological innovation. NEW SOLUTIONS: A Journal of Environmental and Occupational Health Policy, 26(4), 581-598. https://doi.org/10.1177/1048291116676098
  32. Rani, M., Choudhary, P., Krishnan, V., & Zafar, S. (2021). A review on recycling and reuse methods for carbon fiber/glass fiber composites waste from wind turbine blades. Composites part B: engineering, 215, 108768. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.108768
مواد و فناوری‌های پیشرفته
دوره 13، شماره 3
پاییز 1403
صفحه 28-39

  • تاریخ دریافت 26 مرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 07 آبان 1403
  • تاریخ پذیرش 16 آبان 1403