Le pale anche possono essere utilizzati per fare mobili \cite{JOUSTRA2021105393}, o segmentate in elementi discreti per applicazioni di calcestruzzo rinforzato per raggiungere un incremento delle proprietà meccaniche \cite{YAZDANBAKHSH201811}.
Riciclo dei materiali
Il calcestruzzo può essere riciclato e riutilizzato come aggregato per nuove applicazioni strutturali \cite{articlec,articleb}. L’acciaio è 100% riciclabile, ed anche gli altri metalli, attraverso tecnologie di riciclo sviluppati \cite{3c51354312bd48e59d2530c099fdfb13,inbook}. I materiali rari della terra possono essere estratti e riutilizzati per fare nuovi materiali magnetici, o fusi in una nuova combinazione \cite{JOWITT20181,BINNEMANS20131}.
In riferimento ai materiali compositi, ci sono diversi metodi per il riciclo. Le diverse tecnologie di riciclo sono ancora sotto sviluppo ed alcune non possono competere con altre pratiche di trattamento, a causa sia dei prodotti ottenuti dai processi che non presentano ancora buone proprietà meccaniche, sia dall’elevato costo del processo.
Inoltre, bisogna tenere presente, che la quantità di materiale composito proveniente dalle turbine eoliche, rappresenta solo il 10% del totale dei rifiuti compositi stimati entro il 2025,che le pale sono di diverse caratteristiche e che saranno fuori servizio tra diversi anni ;quindi sarà una fonte di materiale bassa, discontinua e non omogenea. Questo rappresenta un problema importante per stabilire un’ industria di trattamento dei rifiuti.
Nella seguente lista vengono elencati i vantaggi (+) e gli svantaggi (-) dei processi di riciclo:
- Cement co-processing: processo termico, TRL 9. (+) Efficiente, basso costo e di applicazione commerciale. (-) Massimo potenziale non sfruttato, forma fisica originale delle fibre persa e matrice incinerata \cite{Nagle_2020,Pickering_2006}
- Mechanical grinding: processo meccanico, TRL 9. (+) Efficiente, basse emissioni di CO2 e basso costo. (-) Riduzione delle proprietà meccaniche delle fibre, emissioni di polvere e molti rifiuti generati \cite{Pickering_2006,articled,CORREIA20111745}.
- Pyrolysis: processo termico, TRL 9. (+) Recupero energetico, prodotti di idrocarburi generati e bassa riduzione delle proprietà meccaniche nelle fibre di carbonio. (-) Riduzione delle proprietà meccaniche delle fibre di vetro e residuo di resina \cite{ZHANG2020108053,articlef,OLIVEUX201561,CUNLIFFE20032223,articlee}.
- High Voltage fragmentation: processo elettro-meccanico, TRL 6. (+) Scalabile per maggiori quantità, fibre di buone qualità. (-) Bassa efficacia ed elevato costo \cite{articleg,MATIVENGA201645}.
- Solvolysis: processo chimico, TRL 5/6. (+) Fibre di carbonio pulite, lunghezza completa e buone proprietà meccaniche; Sub-prodotto di resina chimica resina chimica prodotta. (-) Riduzione delle propietà meccaniche nelle fibre di vetro, elevata quantità di solventi utilizzati e elevato costo \cite{articlei,YUYAN2009179,PIMENTA2011378,COUSINS20191252,articleh,PINEROHERNANZ200883,OLIVEUX201561}.
- Fluidized bed: processo termico, TRL 5/6. (+) Trasferimento efficiente di calore, recupero di energia, tollerante con contaminanti e nessuna formazione di resina residuale. (-) Riduzione delle proprietà meccaniche delle fibre di vetro dovuto all'attrito ed elevato costo \cite{OLIVEUX201561,Pickering_2006,Pickering_2000,Kennerley_1998,Pender_2020,Yip_2002}.
- Micro-Wave pyrolysis: processo termico, TRL 4/5. (+) Trasferimento di calore efficiente e buone proprietà meccaniche delle fibre.(-) Elevato costo ed ancora solo ha applicazione di laboratorio \cite{OLIVEUX201561,_kesson_2012,Obunai_2015,Jiang_2015}.
Dismissione
Incenerimento e Landfilling sono le ultime opzioni nella gerarchia dei trattamenti, in quanto i rifiuti delle turbine, non vengono sfruttati per produrre nuovi sub-prodotti e presentano molti impatti negativi. Tuttavia, dato il basso costo, sono pratiche ancora utilizzate in alcuni paesi, in cui i metodi di riciclo non hanno applicazione commerciale. Pertanto, è necessario stabilire una politica globale per vietare queste pratiche e promuovere, mediante incentivi economici, metodi di trattamento più amichevoli con il medio ambiente.
Sviluppo e disegni futuri
Insieme a questo sviluppo energetico, anno dopo anno le turbine eoliche hanno incrementato le loro dimensioni. Un maggiore diametro del rotore, e quindi componenti più grandi (generatore, gearbox, torre), significa una maggiore produzione energetica. Questo porta a un maggiore consumo dei materiali, ma ci si aspetta che con i nuovi modelli più tecnologici si possa ridurre il impiego di alcuni materiali.
È necessario ridurre la massa delle turbine, così da poter ridurre i costi di trasporto, di costruzione e soprattutto avere una minore quantità di rifiuti dopo la vita utile. Esistono diversi approcci:
- Sostituire il cemento per Ground Granulated Blad Slag in un 70% nella fondazione. Questo sub-prodotto proveniente dal processo di elaborazione del ferro ha buone proprietà meccaniche ed è più leggero.
- Utilizzare acciai di migliore qualità. Per esempio, con il utilizzo di un'acciaio S500 nella torre invece di un S355, un risparmio di peso del 30% può essere raggiunto. Anche se si utilizzano materiali di alta resistenza, un disegno strutturale della torre più leggero potrebbe essere implementato \cite{Li_2014}.
- Disegni più leggeri della torre sono ancora sotto studio, utilizzando lamiere trapezoidali. I risultati ottenuti da un studio hanno dimostrato che con una torre trapezoidale è possibile ottenere una riduzione di peso fino al 20% rispetto ad una torre tubolare in acciaio di 90 m \cite{goudarzi2014development}.
- Generatori che utilizzano materiali superconduttori ad alta temperatura (HTS) sono in sviluppo, soprattutto perché sono più efficienti, e anche più leggeri. Il progetto Ecoswing, finanziato dall'UE, ha progettato il primo generatore HTS del mondo. Il generatore HTS è stato progettato per avere un diametro esterno limitato a soli 4 m e un peso di 68,75 tonnellate, un 24% più leggero da un PM generatore delle stesse caratteristiche, con un potenziale di raggiungere il 40% nei progetti futuri \cite{Song_2019}.
- Utilizzare compositi ibridi (fibre di vetro e carbonio), rappresenta un'interessante alternativa ai rinforzi in fibra di carbonio pura \cite{Mishnaevsky_2017}. Uno studio ha dimostrato che utilizzando 100% fibre di carbonio invece di fibre di vetro per la produzione di pale eoliche si potrebbe raggiungere un risparmio di peso di circa l'80%, ma con un aumento dei costi del 141%. Però, un rinforzo ibrido di 70% GF e 30% CF potrebbe significare una riduzione di peso del 50% con solo un aumento di costo del 90% \cite{ong2000use}.
Conclusioni