Recyklace zařízení obnovitelných zdrojů energie

Mezi rozšířené argumenty zpochybňující obnovitelné zdroje energie, patří jejich obtížná či neexistující recyklace. Zařízení na transformaci energie jsou podmíněně obnovitelná, pakliže se recyklují.

Jakákoliv lidská činnost zasahuje do životního prostředí a je na vědě, technologii, ale i politice, aby tyto vlivy minimalizovala. Cestou je cirkulární ekonomie, kterou je třeba aplikovat na veškerou lidskou činnost týkající se materie. Pro dekarbonizaci energetického sektoru a zajištění odpadu potřebuje obnovitelná energetika udržitelná řešení. Současně je třeba přijmout to, že z termodynamického hlediska není možná 100 % recyklace, a že k této hodnotě se lze jen přibližovat.

Je paradoxem, že teprve po 70 letech existence jaderné energetiky bylo uvedeno do zkušebního provozu na světe první úložiště vysoce radioaktivního jaderného odpadu ve finském Onkalo. Na světě jsou statisíce tun vyhořených článků v mokrých i suchých skladech a směsného odpadu po recyklaci. Jaderný odpad představuje riziko a vyhořené palivové články je třeba bezpečně izolovat stovky tisíc let od životního prostředí.

Recyklace větrných elektráren

Větrná elektrárna (VE) onshore – na pevnině pozůstává ve většině příkladů ze železobetonového podstavce, stožáru, mechanického, elektrického a elektronického zařízení, gondoly a lopatek. Základ větrné turbíny se ve většině případů po ukončení životnosti z větší části ponechává v zemi. Základy se demontují částečně většinou do jednoho metru a zbytek se ponechá zahrnutý ornicí, někdy se železobetonové základy odstraňují celé a železo se recykluje.

Částečnou variantou k likvidaci betonového základu je repowering, kdy se po zesílení na základy staré turbíny namontuje vyšší turbína s vyšším výkonem. Touto cestou se snižuje počet původních turbín v průměru o 25 % a výkon větrné farmy se více než ztrojnásobí.

Odlišný postup volí firma Goliath, která používá základový systém fixovaný šroubovými piloty, které dokážou turbínu pevně ukotvit do většiny typů půdy, což jim umožní odolat i těm nejnáročnějším povětrnostním podmínkám. Šroubové piloty jsou mnohem stabilnější a snadněji se instalují než tradiční betonové nosné systémy. Není nutné dělat výkop a instalaci turbíny lze provést za jakéhokoliv počasí, šrouby se snadno odstraňují a montáž může začít okamžitě, není třeba čekat na vytvrzení betonu.

S recyklací železných stožárů nebývá problém. Obdobně míra recyklace mědi z velkých elektrických komponent VE bude mnohem vyšší, než je běžný průměr. Současná míra recyklace technických kovů není příliš veliká, u oceli se pohybuje okolo 50 % a u mědi se udává 45 %, takže při průměrné životnosti 50 let zbyde z původního množství mědi při stejné míře recyklace po 150 letech něco přes 9 %.

Jiný problém představují lopatky VE. Doposavad se mnohde ještě skládkují, ale k dispozici jsou lepší možnosti. Největší světový výrobce větrných turbín, dánská firma Vestas, ohlásila novou metodu, která nevyžaduje změnu konstrukce a recyklovaný materiál lze použít vícenásobně. Proces s běžnými chemikáliemi ukázal, že turbínové lopatky na bázi epoxidové pryskyřice lze přeměnit na suroviny pro výrobu nových turbínových lopatek. Po zavedení procesu do praxe se recyklace lopatek větrných turbín bude týkat jak dosluhujících lopatek na větrných turbínách, tak i lopatek, které byly uloženy na skládkách.

RecyclableBlade je první produkt, který nabídl komplexní recyklovatelné řešení a je připraven pro komerční použití. Základem je nová pryskyřice firmy Siemens. Lopatky VE lze nyní využít pro jiné aplikace. První lopatky již byly nainstalovány v roce 2021.

Tým NREL (Národní laboratoř pro obnovitelnou energii) dokázal problém udržitelnosti vyřešit pomocí pryskyřice PECAN, kterou lze vyrobit z biologických materiálů, jako je sorbitol, cukr z rostlinného odpadu. Recyklovatelná pryskyřice na rostlinné bázi se již využila pro výrobu prototypu 9metrové lopatky. Nová pryskyřice produkuje o 40 % méně emisí skleníkových plynů a vyžaduje o 30 % méně energie k výrobě ve srovnání s epoxidem, který se používá v dnešních amerických lopatkách větrných turbín. Pryskyřice PECAN, vykazuje stejný – nebo v některých případech lepší – strukturální výkon ve srovnání s dnešními materiály lopatek větrných turbín. Nový materiál překonal tradiční pryskyřici v testu tečení materiálu (creep), kterým se zjišťuje, jak čepel drží svou tuhost v průběhu času. Nová pryskyřice rovněž snižuje energetickou návratnost celého zařízení.

Přidají-li se nadrcené lopatky VE do rotačních pecí na výrobu cementu, nahradí část vsázky anorganických surovin i část paliva. Výrobci cementu budou pod tlakem snižování emisí, a soustředí se proto na sekundární suroviny. V uvedeném článku jsou praktické příklady recyklace lopatek VE v USA i v dalších zemích formou jejich využití v cementářských pecích. Jednotlivé kroky procesu jsou uvedeny zde.

Jedním z problémů VE je postupná abraze materiálu lopatek daná interakcí povrchu s větrem, deštěm, prachem či pískem, která rovněž snižuje účinnost přeměny energie. Abraze se intenzivně zkoumá a jedním z řešení by mohla být výroba z biodegradabilních materiálů, bambusu a mycelia. Výsledkem by byl samoopravitelný a kompostovatelný materiál lopatek VE.

Recyklace fotovoltaických panelů

Rovněž recyklace fotovoltaických panelů je podle ekonomického průzkumu nadějným a rostoucím odvětvím. Podle Market Research Future poroste během prognózovaného období 2024-2030 trh s recyklací solárních panelů ročně o 12,5 %. Trh recyklace byl v roce 2022 oceněn na 179,2 milionů USD a očekává se, že do roku 2030 dosáhne 461,2 milionů USD.

Sběr a logistiku elektrických a elektronických zařízení zajišťuje evropská nezisková organizace PV CYCLE, reálnou recyklaci na evropském trhu provádí více firem například Sharp Corporation, Sunpower, Trina Solar Co. či Veolia.

Firma Sunrecycle se orientuje na prodej linek na recyklaci fotovoltaických panelů. Linka poskytuje aluminiové rámy a výstupní drť skla, mědi, křemíku a plastů. Nabízí 3 velikosti linek, podle objemu zpracovávaného vstupu, až do 1000 kg/hod.

V loňském roce vyrobila čínská Trina solar ze starých panelů nové. Recyklovaný FV modul má účinnost 20,7 % a výkon 645 W. Podle společnosti se jedná o první plně recyklovaný modul svého druhu na světě.

Recyklace baterií

Velikost trhu recyklace baterií byla v roce 2023 oceněna na 24,11 miliardy USD. Očekává se, že odvětví recyklace baterií vzroste z 26,93 miliardy USD v roce 2024 na 54,2 miliardy USD do roku 2032, přičemž během prognózovaného období bude vykazovat složenou roční míru růstu (CAGR) 9,14 % v letech 2024–2032.

Recyklace baterií různých typů se provádí v mnoha zemích a firmách a s postupující elektrifikací význam baterií poroste. Recyklace lithium-iontových baterií nabývá na důležitosti, protože se očekává, že do roku 2030 celosvětová produkce lithium-iontových baterií vzroste na 5 500 GWh, přičemž baterie elektromobilů budou tvořit cca 80 % všech vyrobených lithium-iontových baterií.

Recyklace baterií extrakcí kovů rozpouštědly v procesu SX může umožnit +90 % obnovu lithia, kobaltu, manganu a niklu při +95 % čistotě s nákladově efektivními kapitálovými investicemi, vysokou selektivitou materiálu, nízkou spotřebou energie a bez toxických výparů ve srovnání s jinými procesy.