Vom Rotorblatt zum Werkstoff

Der Ausbau der Windenergie ist ein zentraler Baustein der Energiewende. Zugleich rückt mit dem steigenden Rückbau ausgedienter Anlagen eine neue Herausforderung in den Fokus: Wohin mit den riesigen Rotorblättern aus Faserverbundwerkstoffen? Während Metalle, Beton und elektrische Komponenten etablierten Recyclingpfaden folgen, stellt das Recycling von Rotorblättern eine materialtechnisch besonders anspruchsvolle Aufgabe dar. Sie bestehen überwiegend aus glasfaserverstärkten (GFK) und carbonfaserverstärkten (CFK) Kunststoffen – Werkstoffen mit hoher Leistungsfähigkeit im Leichtbau, jedoch begrenzter stofflicher Wiederverwertbarkeit. Das Team des Steinbeis-Innovationszentrums Angewandte Produkt- und Prozessentwicklung (IPP) hat diese Herausforderung erkannt und sich intensiv mit der Verwertung von GFK-haltigen Abfällen auseinandergesetzt.

Der Rückbau älterer Windenergieanlagen führt in Deutschland zu einem stetig wachsenden Aufkommen an Rotorblattabfällen. Prognosen des Umweltbundesamts beziffern die anfallenden Mengen bereits in den 2020er-Jahren auf bis zu 20.000 Tonnen pro Jahr; für die 2030er-Jahre wird eine weitere deutliche Steigerung erwartet. Getrieben wird diese Entwicklung durch das Erreichen der Lebensdauer vieler Anlagen, zusätzliche Rückbaumengen infolge von Repowering sowie den hohen Anteil an Faserverbundwerkstoffen in den Rotorblättern. Gleichzeitig verschärfen regulatorische Rahmenbedingungen, insbesondere das Deponieverbot für GFK und die begrenzten Alternativen zur energetischen Verwertung, die Entsorgungssituation. Der Umgang mit Rotorblattabfällen wird damit zunehmend zu einer Herausforderung entlang der gesamten Wertschöpfungskette der Windenergie.

Hinzu kommt: Die Heterogenität der Materialien, unterschiedliche Bauweisen der Rotorblätter sowie variierende Demontage- und Aufbereitungsprozesse erschweren die Standardisierung von Recyclingpfaden. Das begrenzt bislang die Skalierbarkeit potenzieller Lösungen und unterstreicht den Bedarf an reproduzierbaren, prozesssicheren Ansätzen.

Bestehende Verwertungsverfahren stoßen an ihre Grenzen

Für die meisten Komponenten von Windenergieanlagen existieren etablierte Recyclingverfahren – für Rotorblätter bislang jedoch nicht in vergleichbarer Qualität. Die Aufbereitung ist durch hohen technischen Aufwand, geringe Rezyklatwerte und fehlende wirtschaftliche Skalierbarkeit begrenzt. Zwar kann CFK vor allem durch Solvolyse behandelt werden, jedoch nur in begrenzten Kapazitäten. GFK wird überwiegend in Zementwerken thermisch mitverwertet; hochwertige stoffliche Recyclingpfade fehlen bislang. Zudem entstehen bei mechanischen Zerkleinerungs- und Schleifprozessen feuchte, schlammige Rückstände, die aufgrund ihres hohen Feuchtigkeitsgehalts häufig als Sonderabfall entsorgt werden müssen. Zentrale Potenziale der Ressourcennutzung bleiben damit unerschlossen.

Erschwerend kommt hinzu, dass belastbare Kriterien zur Bewertung der Materialqualität aus Recyclingprozessen bislang fehlen. Ohne definierte Kennwerte zu Faserlängen, Matrixeigenschaften oder Verunreinigungsgraden ist eine reproduzierbare Weiterverwendung in industriellen Anwendungen nur eingeschränkt möglich.

Daraus entsteht ein komplexes Geflecht aus werkstofftechnischen, verfahrenstechnischen und wirtschaftlichen Herausforderungen:

• Ressourceneffizienz in Industrie und Energiewirtschaft erfordert stoffliche Verwertungswege für Faserverbundwerkstoffe.
• Sonderabfälle aus GFK-haltigen Prozessen müssen reduziert werden.
• Industrielle Innovationsfähigkeit ist an die Entwicklung neuer, wirtschaftlich tragfähiger Werkstoffsysteme gebunden.
• Nachhaltige Verbundwerkstoffe benötigen Impulse jenseits rein thermischer Verwertung.
• Eine funktionierende Kreislaufwirtschaft verlangt die Etablierung neuer stofflicher Wertstoffkreisläufe.

Ein neuer werkstofflicher Ansatz

Genau an dieser Schnittstelle setzt das Steinbeis-Entwicklerteam aus Dresden an. Im Projekt wird ein werkstofflicher Ansatz zur Verwertung von GFK-haltigen Abfällen verfolgt. Im Fokus stehen Schleifstäube aus der industriellen GFK-Verarbeitung. Diese zeichnen sich durch eine bekannte Materialzusammensetzung, hohe Homogenität und das Fehlen von Fremdstoffen aus – Eigenschaften, die eine prozesssichere Weiterverarbeitung ermöglichen. Auf dieser Basis wird eine duroplastische Kunststoffmatrix entwickelt, in die die Schleifstäube als Füllstoff eingebracht werden. Ziel ist die Etablierung eines stofflichen Recyclingpfads als Alternative zur bislang dominierenden energetischen Verwertung. Nach erfolgreicher Prozessvalidierung wird die Übertragbarkeit auf Rotorblattabfälle geprüft.

Methodisch folgt das Entwicklerteam des Steinbeis-Innovationszentrums Angewandte Produkt- und Prozessentwicklung (IPP) einem transferorientierten Entwicklungsansatz. Materialcharakterisierung, Prozessfensterdefinition und Bauteilherstellung werden systematisch verzahnt. So entstehen aus laborbasierten Erkenntnissen robuste und industriell skalierbare Prozessketten.

Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Überführung materialtechnischer Entwicklungen in anwendungsnahe Prozesse sowie auf der Bewertung der industriellen Umsetzbarkeit. „Ziel ist es, die erarbeiteten Werkstoffsysteme nicht auf den Labormaßstab zu beschränken, sondern sie in bestehende Fertigungs- und Prozessketten integrierbar zu machen“, fasst Ronny Wagler zusammen, der das Dresdener Steinbeis-Innovationszentrum verantwortet.

Nachhaltigkeit mit Perspektive

Die entwickelten GFK-Verbundwerkstoffe basieren auf nachhaltigen duroplastischen Bindemittelsystemen. Die Schleifstäube werden als Füllstoff zu Leichtbauprofilen verarbeitet, die beispielsweise im Maschinen- und Anlagenbau eingesetzt werden können. Angestrebt werden Materialeigenschaften auf dem Niveau konventioneller GFK-Werkstoffe – insbesondere hinsichtlich thermischer Stabilität, Witterungs- und Chemikalienbeständigkeit, Elastizität sowie Verarbeitbarkeit.

Perspektivisch eröffnet dieser Ansatz die Möglichkeit, auch weitere Faserverbundabfallströme – etwa aus dem Bootsbau, aus Bauprodukten oder aus der Rohr- und Behälterfertigung – in vergleichbare werkstoffliche Kreisläufe zu integrieren. Damit reicht das Potenzial weit über den Anwendungsfall Windenergie hinaus.