Tuulivoimaloiden siipien komposiittirakenteiden kierrätys

Abstract

Tuulivoima on keskeinen tekijä uusiutuvien energiamuotojen joukossa, kun tavoitteena on vähentää hiilidioksidipäästöjä sekä Suomessa että laajemmin Euroopassa. Käyttämällä uusiutuvaa energiaa pyritään korvaamaan fossiilisia polttoaineita, joiden käytöstä aiheutuu merkittäviä hiilidioksidipäästöjä. Tuulivoiman osuus sähköntuotannossa on jatkuvassa kasvussa. Kuitenkin tuulivoimaloiden siivissä käytetyt komposiittimateriaalit aiheuttavat haasteita kierrättämisen kannalta. Tällä hetkellä käytössä olevien tuulivoimalien käyttöikä on noin 20–25 vuotta. Eurooppa tulee kohtaamaan merkittävän tuulivoimaloiden purkumäärän kasvun lähivuosina, kun yhä kasvavampi määrää tuulivoimaloista saavuttaa käyttöikänsä pään. Kasvavan purkumäärän myötä kasvaa tarve löytää kestäviä kierrätysmenetelmiä komposiittimateriaalien tehokkaaseen kierrätykseen. Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on tutkia ja vertailla tuulivoimaloiden siipien komposiittirakenteiden erilaisia kierrätysmenetelmiä. Työssä vertaillaan eri kierrätysmenetelmien etuja ja haittoja arvioimalla niin kierrätystuotteiden ominaisuuksia kuin kierrätysmenetelmien kustannuksia ja energiankulutusta. Aluksi käsitellään tuulivoimalan siipien mekaaninen rakenne minkä jälkeen, käydään läpi komposiittimateriaalien kemiallista koostumusta. Tämän jälkeen käsitellään mekaanisia, termisiä ja kemiallisia kierrätysmenetelmiä komposiittimateriaaleille. Mekaanisesta kierrätyksestä käsitellään mekaanisen murskauksen perusteita. Termisestä kierrätysmenetelmistä käsitellään pyrolyysia, mikroaaltopyrolyysia ja leijupetiprosessia. Kemiallisista kierrätysmenetelmistä taas perehdytään solvolyysiin matalan ja korkean lämpötilan solvolyysin osalta. Menetelmien käsittelyn pohjalta kierrätysmenetelmiä vertaillaan niiden energiakulutuksen, kierrätettyjen kuitujen mekaanisten ominaisuuksien säilymisen, investointi tarpeen, tehokkuusindeksin ja teknologian kypsyyden perusteella. Vertailun perusteella pyrittään löytämään parhaat kierrätysmenetelmät tuulivoimalan siipien komposiittimateriaaleille. Vertailun mukaan solvolyysi säilyttää parhaiten hiilikuitujen mekaaniset ominaisuudet. Solvolyysin avulla kierrätetyt hiilikuidut vastaavat ominaisuuksiltaan lähes neitseellisiä kuituja. Lasikuidun kierrätyksessä mekaaninen murskaus ja mikroaaltopyrolyysi säilyttävät lasikuidun mekaaniset ominaisuudet parhaiten. Mekaanisella murskauksella on myös vertailun perusteella alhaisin investoinnin tarve ja energiankulutus muihin kierrätysme-netelmiin verrattuna. Vertailussa käy ilmi, ettei parhaan kierrätysmenetelmän löytäminen komposiittimateriaaleille ole yksiselitteistä. Vertaillussa huomataan, että korkeamman tehokkuusindeksin omaavat kierrätysmenetelmät tarvitsevat korkeita investointeja tulevaisuudessa, jotta ne saadaan teollisen mittakaavan käyttöön. Teknologisesti kypsemmät kierrätysmenetelmät havaitaan vertaillussa tehokkuusindeksiltään matalimmiksi, mutta niiden investoinnin tarve on pienempi.