RecycleWind

RecycleWind – Konzeption und Anwendungssimulation eines selbstlernenden Verwertungsnetzwerks zur ressourcenschonenden Lenkung der Stoffströme für hochwertige und insbesondere langlebige Produkte am Beispiel von Windenergieanlagen (WEA).

Projektlaufzeit: August 2020 – Januar 2022

Kurzbeschreibung

Mit dem Ansatz bei RecycleWind und den dort geschaffenen Grundlagen für ein resilientes und selbstlernendes Verwertungsnetzwerk wird im Sinne der abfallrechtlich verankerten Herstellerverantwortung ein komplett neuer Weg beschritten, um hochwertiges Recycling auch für langlebige Produkte mit Nutzungsdauern von 20 und mehr Jahren, wie Windenergieanlagen, sicherstellen zu können.

Die Schwerpunkte des Projekts liegen in der Erforschung und Entwicklung von wissenschaftlich abgesicherten Methoden der Selbststeuerung in Stoffstromsystemen, der Simulation von möglichen Anwendungen und der Konzeptentwicklung von geeigneten Dienstleistungen für diesen neuartigen Ansatz eines derartigen Netzwerkes.

Projektlaufzeit RecycleWind 1.0: 23.02.2018 – 31.10.2019

Projektlaufzeit RecycleWind 2.0: 01.08.2020 – 31.01.2022

Projektansatz & Ziele

Windenergieanlagen sind hochwertige komplexe Produkte aus einer Vielzahl von Materialien. Ein nennenswerter Markt existiert erst seit ca. zwei Jahrzehnten. Die ersten Anlagen erreichen heute das Ende ihres Produkt-Lebenszyklus oder werden im Zuge des Repowering durch leistungsfähigere Typen ersetzt. Es sind zurzeit mehrere Optionen zur weiteren Nutzung bzw. Entsorgung dieser End-of-Life-Anlagen (EoL-WEA) vorhanden:

a) Wiederverwendung als „Second-Life“-Anlagen,
b) Nutzung von Bauteilen als Ersatzteile,
c) werkstoffliche oder rohstoffliche oder energetische Nutzung von Materialien,
d) Beseitigung.
 

Die Recyclingfähigkeit wurde bei der Konstruktion der Altanlagen nicht betrachtet und spielt bis heute auch bei Neuanlagen bisher nur eine untergeordnete Rolle. Die Funktionalität und die erzielbare Stromausbeute sind die wesentlichen Treiber. Zudem steht eine Entsorgung i.d.R. erst 20 bis 30 Jahren nach Errichtung der Anlagen an.

Die bisherigen Regelungsinstrumente in der Abfallwirtschaft wie staatliche Verordnungen mit festen Quoten oder freiwilligen Selbstverpflichtungen der beteiligten Industrie haben sich im Sinne einer zunehmenden Recyclingquote für hochwertiges Recycling mit geschlossenen Kreisläufen i.d.R. nicht bewährt. Im neuen deutschen Verpackungsgesetz wurde daher erstmalig der Versuch unternommen, schlecht recycelbare Verpackungen durch ein Malussystem gegenüber gut recycelbaren Verpackungen herabzustufen und damit Anreize für „gute“ Produkte zu schaffen.

Daneben rücken Regelungen zur Produktverantwortung verstärkt in den Fokus. Die novellierte europäische Abfallrahmenrichtlinie führt ein „Regime der erweiterten Herstellerverantwortung“ ein, durch die Hersteller von Erzeugnissen verpflichtet werden (können), in der Abfallphase des Produktlebenszyklus die finanzielle Verantwortung oder die finanzielle und organisatorische Verantwortung für die Bewirtschaftung, einschließlich getrennter Sammlung sowie Sortier- und Behandlungsverfahren, zu übernehmen. Diese Verpflichtung kann sich auch auf die organisatorische Verantwortung und die Verantwortung zur Abfallvermeidung sowie zur Wiederverwendbarkeit und Recycelbarkeit von Produkten beizutragen, erstrecken. Die Hersteller von Erzeugnissen können die Verpflichtungen im Rahmen des Regimes der erweiterten Herstellerverantwortung einzeln oder gemeinsam wahrnehmen. Für Altautos, Batterien und Elektrogeräte sowie für Verpackungen sind diesbezüglich rechtliche Regelungen getroffen worden.

Bisher gibt es für das Produktsystem „Windenergieanlage“ keine spezifischen Anforderungen im Hinblick auf die Entsorgung außer den allgemein geltenden Vorgaben des Kreislaufwirtschaftsgesetzes [KrWG 2012]. Insbesondere sind bisher die Regelungsmöglichkeiten des §23 (Produktverantwortung) nicht umgesetzt worden. Ansätze des Bundesrates zur zukünftigen Möglichkeit der Ermächtigung für verpflichtende „Umweltproduktdeklarationen (EPD)“ wurden im Rahmen der aktuellen Novelle des Kreislaufwirtschaftsgesetzes seitens des zuständigen Bundesministeriums (Stand Sept. 2020) nicht aufgegriffen.

Sind für die Hauptkomponenten einer Windenergieanlage Stahl und Beton bereits mehr oder weniger gute Recyclingwege etabliert, stellte sich zu Beginn des Projektes in 2018 die Situation für die Rotorblätter, hergestellt überwiegend aus Faserverbundkunststoffen, ganz anders dar.

In den Jahren nach 2020 mit dem Auslaufen der EEG-Förderung für die Anlagen der ersten Generation werden die Materialmassen aus rückgebauten bzw. repowerten Anlagen aus dem onshore-Bereich deutlich anwachsen. Nach Prognosen von [Albers et al. 2016] sind am Beispiel von GFK aus Rotorblättern ab dem Jahr 2020 bis 2030 jährlich rd. 10.000 Mg/a bis rd. 22.000 Mg/a im Maximum an zu verwertenden Rotorblättern zu erwarten; für den Zeitraum bis 2030 in der Summe rd. 190.000 Mg. Der Bundesverband WindEnergie (BWE) ging 2018 von einem möglichen Anfall an ausgedienten Rotorblättern bis 2025 von rd. 140.000 Mg aus [BWE 2018].

Gleichzeitig war und ist zu erkennen, dass die Massen über die ersten Jahre nach Auslaufen der EEG-Förderung in Abhängigkeit von den Ausbau- und Rückbauszenarien (u.a. Second-Life) und umgesetzten Repoweringkonzepten stark fluktuieren werden.

In diesem vorgenannten Kontext wurde das über die Bremer Aufbaubank GmbH mit EFRE-Mittel und Mitteln aus dem Programm Angewandte Umweltforschung (AUF) des Bremer Senators für Umwelt, Bau und Verkehr das Verbundvorhaben RecycleWind 1.0 im Februar 2018 gestartet. Ziel war die Herausarbeitung von Kriterien zur Schaffung eines selbstlernenden und resilienten Verwertungsnetzwerkes für Windenergieanlagen.

Für die Erarbeitung des Konzeptes RecycleWind als ein selbstlernendes und resilientes Verwertungsnetzwerk wurde der Fokus auf die bisher noch als schwierig zu recycelnden bzw. zu entsorgenden Rotorblätter gelegt. Hier sollten Hemmnisse anhand der aktuellen Strukturen der Verwertungstechnologien und der Akteure sichtbar gemacht und daraus Lösungen erarbeitet werden.

Dabei sollte auf Basis aufgenommener Grundlagendaten (Datenbank Windenergieanlagen und Prozessbeschreibungen bzgl. Rückbau, Demontage und Verwertung von Rotorblättern) und darauf aufbauender Visualisierung durch Stoffstrommodelle eine von den relevanten Akteuren getragene Selbstorganisation jeweils angepasste Verwertungslösungen generieren. Dieses Modell soll anstelle starrer Recyclingquoten seitens des Gesetzgebers ein hochwertiges Recycling sicherstellen, das flexibel auf Änderungen äußerer Rahmenbedingungen reagieren kann.

Dazu waren zu Beginn der Arbeiten insbesondere folgende Fragen zu beantworten, die als Entscheidungsgrundlagen anzusehen sind:

  1. Welche Ziele, Aufgaben und Verantwortlichkeiten haben die Akteure in der Prozesskette?
  2. Welche „Second-Life“-Produkte und Abfälle aus welchen Bauteilen fallen zu welchen Zeiten in welchen Massenströmen und Qualitäten am Ende des Lebenszyklus an?
  3. Welche Recyclingwege mit welchen Technologien müssen zur Verfügung stehen?
  4. Welche Märkte und Einsatzzwecke stehen für die wiederverwendeten Produkte und Recyclate zur Verfügung?
  5. Wie sieht ein angepasstes Verwertungsnetzwerk aus?
  6. Welche Randbedingungen und Vorgaben müssen gesetzt werden?
  7. Wie kann flexibel auf Änderungen von Randbedingungen reagiert werden, ohne übergeordnete Effizienzziele aufgeben zu müssen?

In Abb. 1 sind die seinerzeit dafür geplanten Bearbeitungsebenen dargestellt. Durch ein tragisches persönliches Ereignis konnte die agentenbasierte Modellierung durch die Universität Bremen nicht realisiert werden. Die Universität musste sich dementsprechend aus dem Verbundvorhaben zurückziehen.

Abb. 1: Bearbeitungsebenen RecycleWind 1.0

Aus dem Vorhaben RecycleWind 1.0 sind mit Ablauf zum 31.10.2019 folgende Ergebnisse festzuhalten:

  1. Die Prozessketten sind am Beispiel Rotorblatt über den gesamten Lebensweg abgebildet. Die Geschäfts- und technischen Prozesse, die Einfluss auf die Stoffströme haben, sind identifiziert. Die verantwortlichen Akteure sind charakterisiert und hinsichtlich ihrer möglichen Handlungsoptionen beschrieben (hierbei stellt sich insbesondere die Entsorgung von Carbonfaserkunststoffen wg. möglicher Bildung von WHO-Fasern bei der Abfallbehandlung als Problem heraus).
  2. Die rd. 28.000 in Deutschland vorhandenen Windenergieanlagen onshore sind mit ihren Kenngrößen und Materialabschätzungen bzgl. der verbauten Rotorblatttypen in einer Datenbank (Excel) erfasst.
  3. Stoffstrommodelle entlang des Lebensweges eines Rotorblattes, inklusive Analyse der Umweltwirkungen in Form von LCA-Analysen, sind beispielhaft erstellt.
  4. Erste Ansätze zur Standardisierung von Rückbauprozessen stehen bei den betroffenen Akteuren im Fokus; unter Beteiligung von Mitarbeitern aus dem Vorhaben RecycleWind 1.0 wurde die DIN Spec 4866 „Nachhaltiger Rückbau, Demontage, Recycling und Verwertung von Windenergieanlagen“ erarbeitet (im August 2020 wurde diese im Beuth-Verlag veröffentlicht)
  5. Erste Konzeptionen für ein Verwertungsnetzwerk sehen die Etablierung einer Gütegemeinschaft RecycleWind vor. In der Gütegemeinschaft sollen die Akteure entlang des Lebensweges einer Windenergieanlage, also Hersteller, Betreiber und Entsorger, zusammen mit Wissenschaft und Behördenvertretern unter Leitung einer „neutralen Stelle“ Standards zum Design und Vorgaben zum Rückbau sowie der Verwertung einzelner Stoffströme erarbeiten. Zur Steuerung dieser Stoffströme wurden Definitionen bzgl. Kreislauf- und Recyclingfähigkeit sowie bzgl. Recyclingquote erarbeitet und in diesem Zusammenhang eine „Sekundärstoffquote“ neu eingeführt.
  6. Für das Arbeiten in der Gütegemeinschaft werden transparente Produktdeklarationen für die Hauptkomponenten als notwendig erachtet. Als eine gute Grundlage dafür werden die bereits im Bereich „Nachhaltiges Bauen“ etablierten environmental product declaration (EPDs) als Umweltzeichen Klasse III nach DIN ISO 14025 angesehen. Für Rotorblätter wurde eine Blaupause für eine zukünftige EPD-plus erarbeitet. Das „plus“ steht für eine transparente Darstellung von Demontagehinweisen und der zukünftigen Bewertung der Recyclingfähigkeit innerhalb der EPD mit einer Unterscheidung bei den Angaben in „hochwertiges Recycling“ und „sonstiges“ Recycling.

Im Abschnitt „Bisherige Projektergebnisse RecycleWind inkl. Fortschreibung“ sind hierzu detailliertere Ausführungen vorhanden.

Weitere Informationen zu diesem Vorhaben, zu den Zielen und den seinerzeitigen Lösungsansätzen finden Sie über die Verlinkung zum Vorgängerprojekt „RecycleWind„.

Innerhalb dieses Verbund-Vorhabens „RecycleWind 2.0“ soll, ausgehend vom heutigen Stand der Technik und den bisherigen Arbeiten aus dem Vorgängerprojekt RecycleWind 1.0 in einem bisher ungeregelten, aber aktuell wichtigen „grünen“ Produktmarkt der Windenergieanlagen ein leistungsfähiges flexibles Verwertungsnetzwerk als Pilotanwendung für langlebige Produkte entwickelt werden. In Abb. 2 ist der auf dem Vorgängerprojekt aufbauende Arbeitsansatz dargestellt. Aufgrund der Komplexität des Netzwerkes soll sich das Projekt weiterhin auf die für die Entsorgung problematischsten Bauteile der Rotorblätter aus GFK- bzw. CFK-Verbundmaterialien fokussieren. Es soll aber so konzipiert werden, dass eine Erweiterung auf die ganze Windenergieanlage möglich ist und die Ergebnisse auf andere Produktsysteme (Beispiel: Schiffs- und Flugzeugbau) übertragen werden können.

Abb. 2: Vorgehen und Ergebnisse des aktuellen Projektes RecycleWind 2.0 mit Schnittstellen zum Vorgängerprojekt RecycleWind 1.0

Da sich wesentliche Rahmenbedingungen, wie z.B. Marktentwicklungen, im Laufe des Produktlebens ändern können, kann dieses Netzwerk nicht mit starren Vorgaben arbeiten, sondern muss auf die Änderungen der Anforderungen robust, anpassungsfähig, innovationsfähig und improvisationsfähig, also selbstlernend und resilient, reagieren können und die gesetzten Vorgaben erfüllen können. Wesentliche Idee dabei ist, dass ausgehend von dem Restwert eines Produktes am Ende seines Produktlebens und dem neuen Wert nach Durchlaufen des Verwertungssystems nur ein bestimmter Aufwand für Rückbau und Aufbereitung (Technologien, Organisation) getrieben werden kann. Dennoch müssen die Vorgaben hinsichtlich Effizienzparameter (Material, Energie, Klimaschutz, Kosten, etc.) erfüllt werden. Je nach Marktsituation werden die Recyclingstrategien und die tatsächlich begangenen Recyclingwege angepasst werden müssen, ohne die gesetzten Vorgaben zu verlassen. Damit dieses System arbeiten kann, müssen auch die Vorgaben in einem Leitrahmen flexibilisiert werden. Der Leitrahmen ergibt sich wesentlich aus den politischen Vorgaben (Energie-, Umweltpolitik, genereller Rahmen wie Nachhaltigkeit).

Die methodischen Hauptelemente sind:

  1. umfassende Produktdeklarationen mittels angepasster EPDs bzgl. Recyclingfähigkeit
  2. Stoffstrommodelle zur Beschreibung und Bewertung von Prozessketten und Stoffströmen über den gesamten Lebensweg auf Basis einer zentralen Produkt-Datenbank
  3. Agentenbasierte Modellierungen zur Abbildung der Handlungsoptionen und deren Auswirkungen unter Berücksichtigung der Interessen der Akteure im Bezug auf die Zielformulierung des Verwertungsnetzwerkes
  4. Ansätze zur Etablierung einer „Gütegemeinschaft RecycleWind“ mit Beteiligung aller relevanten Akteure zur Sicherstellung eines möglichst hochwertigen Recyclings für WEA-Anlagen mit Hilfe von Monitoring-Modellen zum Abgleich mit den Rahmenbedingungen inkl. geeigneter Steuerungselemente

Im Vorhaben sollen erstmalig Gestaltungselemente von resilienten sozio-technischen Systemen auf das Verwertungssystem Windenergie übertragen werden. Resilienz bedeutet in diesem Zusammenhang vor allem, dass sich das Verwertungssystem flexibel auf sich ändernde Bedingungen einstellen können muss. Dafür kommen grundsätzlich erstmal technisch-organisatorische Elemente wie Puffer, Speicher, Modularität, Redundanzen und eine intelligente Vernetzung von Angebot und Nachfrage in Frage [Gößling-Reisemann et al. 2016].

Um die Leistungsfähigkeit der resilienten Gestaltungselemente zu überprüfen, sollen diese in ein dynamisches Modell des Verwertungssystems Windenergie überführt werden. Ausgehend vom Status Quo der Verwertungspraxis werden dann sukzessive innovative Elemente in das System eingebracht, um ihre Wirkung auf die Fähigkeit des Systems mit Unsicherheit und Schwankungen umzugehen, zu überprüfen. Als Modellierungswerkzeug kommen hierfür insbesondere „Agentenbasierte Modelle (ABM)“ in Frage, mit Hilfe derer sich einerseits Verbreitungsdynamiken von technischen und organisatorischen Innovationen und andererseits ihre Wirkung auf Stoffströme abbilden lassen. Da ein ABM auf der Abbildung von Akteurshandeln aufbaut, die typischerweise in Netzwerken zusammenarbeiten, werden zur Spezifizierung des Modells Workshops und/oder Interviews mit allen relevanten Akteuren des Verwertungsnetzwerks Windenergie durchgeführt. Die Akteure liefern dabei Wissen über ihre Entscheidungspraxis und helfen damit, die Auswirkungen von technischen oder organisatorischen Innovationen in einem fluktuierenden Umfeld realitätsnah abzubilden.

Abb. 3: Schematische Definition eines agentenbasierten Modells [Arnaud Gridnard 2017], Agent-Based Visualization, mit angepasster Layoutgestaltung (https://v3.pubpub.org/pub/57ac6dedada4e9002dca9d4a)

Als wesentliche Ergebnisse des Vorhabens RecycleWind 2.0 werden erwartet:

  1. Erstellung eines EPD-Formats am Beispiel Rotorblätter, das die Recyclingfähigkeit der Produkte berücksichtigt
  2. Aktualisierung der Datensammlung zu Rotorblättern aus potenziellen EoL-WEA (Excel) und Erstellung eines Konzeptes für eine zentrale modular erweiterbare Datenbank für die anderen Hauptkomponenten
  3. Definition Recyclingfähigkeit und Integration in die Stoffstrommodelle / Life-cycle-Analysen
  4. Agentenbasierte (modular um weitere Hauptkomponenten erweiterbare) Modellierung am Beispiel Verwertung Rotorblatt
  5. Anpassung der im Vorhaben RecycleWind 1.0 „Verwertungsnetzwerk RecycleWind – resilient und selbstlernend“ erarbeiteten Grobstruktur für das angedachte Verwertungsnetzwerk im Kontext der hier erzielten Ergebnisse, insb. bezüglich Nutzung der Dienstleistungsmodule zentrale Datenbank, Stoffflussmodell und ABM

Bisherige Projektergebnisse REcycleWind inkl. Fortschreibung

Neben der Erarbeitung von ausreichenden Grundlagendaten, wie der Aufnahme sämtlicher Windenergieanlagen aus dem onshore-Bereich in einer übergeordneten Datenbank und der Aufnahme der Prozesse zwischen allen relevanten Akteuren zum Rückbau und der Verwertung von Rotorblättern wurden für die zukünftige Etablierung eines effektiven Verwertungsnetzwerks zwei grundlegende Aspekte identifiziert:

  1. Aufgrund des häufigen Mangels an Daten über die stoffliche Zusammensetzung der Hauptkomponenten in bereits abgeschlossenen Stilllegungsprojekten von Onshore-Windenergieanlagen wird die Etablierung einer standardisierten Produktdeklaration als notwendig erachtet. Vorgeschlagen wird hier die Verwendung sogenannter Environment Product Declarations (EPD), die in Europa bereits als Umweltzeichen eingeführt wurden. Sie werden derzeit vor allem im Bausektor verwendet.
  2. Neben der Etablierung von EPDs wurde auch die Gründung einer Gütegemeinschaft „RecycleWind“ vorgeschlagen, um im Rahmen dieser Selbstorganisation ein hochwertiges Recycling von Windenergieanlagen gewährleisten zu können.

Zur Steuerung in einem Verwertungsnetzwerk sind fest definierte Kennzahlen bzw. Begriffe bzgl. Recycling und Verwertung notwendig. Ausgehend von den in der Fachwelt seit längeren stattfindenden Diskussionen zu Recyclingquoten und deren Definition und neueren Festlegungen im europäischen und deutschem Abfallrecht (u.a. GewerbeabfallVO) sind im Rahmen des Vorhabens RecycleWind entsprechende Begriffsdefinitionen festgelegt worden, die im Rahmen eines zukünftigen Verwertungsnetzwerkes als Steuerungsgrößen dienen sollen.

Onshore-WEA

Zur Abschätzung der Massen und zu erwartenden Stoffströme wurde in RecyleWind 1.0 auf Basis der installierten Anlagen onshore in Deutschland eine Excel-Datenbank „RecycleWind“ mit allen bis Frühjahr 2018 installierten Windenergieanlagen erstellt.

Die Datenbank enthält alle Daten der Windenergieanlagen an Land des Anlagenregisters der Bundesnetzagentur (Stand: Frühjahr 2018) sowie die Datensätze der Anlagen, die bis 08.2014 installiert wurden aus den Registern der Netzbetreiber (TransnetBW GmbH, TenneT TSO GmbH, Amprion GmbH und 50hertz Transmission GmbH).

Es wurden der Anlagentyp mit den jeweiligen elektrischen Leistungen und den Rotordurchmessern (soweit vorhanden) sowie Angaben zu Ort (Postleitzahl) und Zuordnung zu den Bundesländern erfasst, sodass hierüber Auswertungen für jedes Bundesland getrennt dargestellt werden können. Über die angegebene PLZ wurde jeder Windenergieanlage eine der vier Windzonen zugewiesen. Für alle Anlagen der Datenbank, die keine Angaben zum Rotordurchmesser haben, musste der Rotordurchmesser über eine Trendfunktion abgeschätzt werden. Dazu erfolgte im Registerblatt „Windzone Rotordurchmesser“ zunächst für jede Windzone die Bestimmung des Trends aus den realen Rotordurchmessern in Abhängigkeit der Leistung.

Diese Datenbank wird laufend auf der Basis des seit April 2019 freigeschalteten Marktstammdatenregisters angepasst (aktueller Stand 31.12.2021) und laufend weitergeführt.

In Zusammenarbeit mit dem Rotorblatthersteller Euros GmbH mit Sitz in Berlin (heute TPI Composites) und Literaturrecherchen erfolgt in der Datenbank eine Zuordnung von Rotorblättern mit Carbon-Gurten „CFK“ anhand der Anlagentypen der WEAs. Alle anderen Anlagen erhielten die Zuordnung „GFK“. Ebenso wurden erste Abschätzungen über die Materialzusammensetzung für CFK und GFK-Rotorblätter erstellt und Trendaussagen zu Rotorblattmassen in Abhängigkeit von den Rotordurchmessers getroffen. Diese Ansätze werden mit fortlaufenden Inputdaten verdichtet und bei den updates der Datenbank dann entsprechend berücksichtigt.

In Tabelle 1 ist die derzeit angenommene prozentuale Materialzusammensetzung für „CFK“- und „GFK“-Rotorblätter WEA-Typ onshore dargestellt.

Tab. 1: Abschätzung zur prozentualen Materialzusammensetzung für „CFK“- und „GFK“-Rotorblätter, gestaffelt nach Leistungsklassen in MWel

Diese Vorgehensweise ermöglicht neben der Gesamtmasse (siehe Abb. 4) eine materialspezifische Auswertung für die Prognose über anfallende End-of-Life-Rotorblätter. Hierbei erfolgt eine Berücksichtigung der unterschiedlichen Materialzusammensetzungen in Bezug auf die einzelnen betrachteten Leistungsklassen der WEA´s.

Abb.4: Abschätzung des Massenaufkommens an End-of-Life(EoL)-Rotorblättern für Onshore-WEA in Deutschland auf Basis der installierten Anlagen, Stand: 31.12.2021

Über die Zuordnung der WEA´s zu Bundesland und Postleitzahl sind neben der Gesamtmassen an EOL-Rotorblätter auch regionale Auswertungen möglich.

Offshore WEA

Die oben beschriebene Datenbank wurde analog auch für die Windenergieanlagen offshore auf Basis der Angaben im Marktstammdatenregister erstellt (Stand 31.12.2021). Neben der Zuordnung zu Nabenhohe, Anlagentyp und Gründungsstruktur sowie der Zuordnung CFK- bzw. GFK-Rotorblatt und daraus abgeleiteten Rotorblattmassen sind hier auch an die jeweiligen Leistungsklassen angepasste Massen für die anderen Hauptkomponenten Nabe, Gondel, Turm, TP und Gründung als Trendangaben dargestellt.

Damit können erste Trendanalysen bzgl. anfallender EoL-Massen bei rückzubauenden Offshore WEA´s erfolgen. Diese Informationen sind insbesondere bei Planungen für notwendige technische Einrichtungen, Aggregate und Zwischenlagerkapazitäten zur Annahme und Erstbehandlung der rückgebauten Hauptkomponenten an einem Hafenstandort von Bedeutung.

In Abb. 5 sind die bis 2041 anfallenden abgeschätzten EoL-Massen für in Deutschland genehmigte Offshore-Windparks dargestellt.

Abb. 5: Abschätzung EoL- Massen von WEA Offshore in Deutschland auf Basis der installierten Anlagen, Stand: 31.12.2021; Annahme 20 Jahre Betriebslaufzeit

Besonders im Zusammenhang mit langlebigen Produkten, wie bei den Rotorblättern von Windenergieanlagen, sind Informationen über verbaute Materialien und Konstruktionen für die späteren Recyclingbemühungen enorm bedeutend, weil unter Umständen auf die Hersteller selbst nicht mehr zurückgegriffen werden kann.

Ausreichende Produktinformationen werden in der heutigen Fachdiskussion zur Transformation hin zur Circular Economy als ein grundsätzliches Schlüsselelement angesehen. Hier finden zunehmend Forderungen nach sogenannten Produktpässen in der Abfallwirtschaft Resonanz.

Eine Möglichkeit, umweltrelevante Produktinformationen bereitzustellen, ist die EPD.

Die Abkürzung EPD leitet sich von der englischen Bezeichnung Environmental Product Declaration ab und wird auf Deutsch meist mit Umwelt-Produktdeklaration übersetzt. Bei einer EPD handelt es sich um ein Typ-III-Umweltzeichen (nach ISO 14025), also um eine umfassende und extern verifizierte Beschreibung der Umweltleistung ohne Wertung.

Eine EPD ist ein Dokument, in dem die umweltrelevanten Eigenschaften eines bestimmten Produktes in Form von neutralen und objektiven Daten abgebildet werden. Diese Daten decken möglichst alle Auswirkungen ab, die das Produkt auf seine Umwelt haben kann. Dabei wird im Idealfall der gesamte Lebensweg des Produktes berücksichtigt, incl. End-of-Life.

EPDs basieren auf Ökobilanzen nach ISO 14040 und ISO 14044, in denen die Umweltwirkungen eines bestimmten Produktes über seinen Lebensweg summiert und analysiert werden. Die DIN EN 15804 beschreibt den Standard für die Erstellung von EPDs von Bauprodukten. Eine besonders wichtige Eigenschaft von Ökobilanzen ist, dass sie nicht nur einzelne Kennzahlen oder Bewertungen liefern, sondern eine Vielzahl verschiedener Umwelteinflüsse einzeln abbilden können. Beispielsweise werden in der DIN EN 15804 neben Treibhausgasemissionen auch andere Einflüsse wie saurer Regen, die Bildung von Smog, der Verbrauch von fossilen Ressourcen und von Wasser oder der Recyclinganteil berücksichtigt.

Hersteller von Produkten bzw. von ihnen beauftragte Ökobilanzierer sehen sich bisher mit der Aufgabe konfrontiert, neben meist gut vorhandenen Daten für die Produktionsphase und der Nutzungsphase (EPD-Module A und B), auch Daten für die EPD-Module C (Rückbau, Nachnutzung, Verwertung, Entsorgung) und D (Recyclingpotenzial) zu erheben und zu bewerten. Für diese Prozesse liegen i.d.R. weit weniger ausreichende Daten vor. Diese werden daher meist mit generischen Daten gängiger Entsorgungs- und Verwertungsverfahren abgebildet. Da es bei der Auswahl der Szenarien am Lebensende keine engen Vorgaben gibt, können dafür gemachten Annahmen sehr unterschiedlich sein, was eine Vergleichbarkeit sehr erschwert. Diese strukturellen Defizite sind auch in den UBA-Gutachten zur Weiterentwicklung der EPDs im Baubereich (Texte 128/2021 und Texte 129/2021) herausgearbeitet und Empfehlungen zur Anpassung dazu ausgesprochen worden.

Im Vorhaben RecycleWind 1.0 und 2.0 wurden zeitlich parallel dazu die bisher vorliegenden Ansätze von EPDs aus dem Baubereich weiterentwickelt. Hier sollen neben Angaben zur Materialzusammensetzung auch Auskunft über deren Recyclingfähigkeit getroffen werden.  Dazu bedarf es Informationen zum Einbauort bei relevanten Materialien, u.a. in Form einer Konstruktionsskizze und Angaben über deren Demontagemöglichkeiten. Zusätzlich braucht es grundsätzlich einer Standardisierung für die Bewertung der Recyclingfähigkeit von Materialien im End of Life.

Im RecycleWind Vorhaben sind daher auf Basis der bestehenden Normen Empfehlungen für ein dem Recyclinggedanken unterstützenden Inhalt einer derartigen Produktdeklaration am Beispiel „Rotorblatt“ erarbeitet worden. Die so erweiterte „EPD Rotorblatt“ mit integrierten Recyclingbewertungen kann somit zukünftig als Grundlagendokument zum Recycling für die Hauptkomponenten WEA dienen und beinhaltet:

  • Informationen vom Hersteller über ein Produkt und dessen Komponenten, zur Demontage, damit Entsorgern und Recyclingunternehmen die Ausführung von optimierten End-of-Life Arbeitsabläufen erleichtert werden kann
  • Eine Aussage/ Bewertung zur Recyclingfähigkeit, die auch das Vorhandensein von Kreislaufsystemen mit einzuschließen hat
  • Eine Auswertung des Produktes anhand von LCA-Analysen (u.a. Carbon Footprint) und Darstellung der Gutschriften durch Stoffflüsse in Recycling- und/oder Verwertungsverfahren

Für die Bewertung einer ganzen Windenergieanlage sind mehrere EPDs, jeweils für die Hauptkomponenten, notwendig.

Im Bereich Download befindet sich der bisherige aus dem Projekt RecycleWind 1.0 erarbeitete 1. Entwurf für eine „EPD Rotorblatt“, in dem das Kapitel Recyclingfähigkeit noch nicht umgesetzt wurde. Eine Überarbeitung der EPD Rotorblatt ist in Arbeit.

Zum Thema Recycling- und Kreislauffähigkeit und der Implementierung von diesbezüglichen Aussagen und Daten in EPDs wurden zu den bisher in der klassischen EPD nach DIN EN 15804 genutzten Indikatoren zusätzliche Indikatoren und Kriterien erstellt.

In der klassischen EPD nach EN 15804 werden folgende Indikatoren zu den Abfall- und Outputflüssen angegeben:

  • deponierter, gefährlicher Abfall
  • deponierter, nicht gefährlicher Abfall
  • entsorgter, radioaktiver Abfall
  • Komponenten zur Wiederverwertung
  • Materialien zum Recycling
  • Substanzen zur Energierückgewinnung
  • Exportierte Energie (elektrisch)
  • Exportierte Energie (thermisch)

Für die Bewertung eines Produktes hinsichtlich einer Recyclings- und Kreislauffähigkeit reicht dies nicht aus. Die nachfolgenden Kapitel beschreiben die im RecyceWind Vorhaben entwickelten Ansätze.

Recyclingfähigkeit

Bei der Betrachtung der Recyclingfähigkeit eines Produktes sind neben der Bewertung von Recyclingquoten für das Gesamtprodukt, hier dem Rotorblatt, gesonderte materialspezifische Betrachtungen für die bzgl. Ressourcen- und Klimaschutz relevantesten Materialien und Stoffe heranzuziehen. Dies betrifft die nach EU-Definition „kritischen Rohstoffe“ und die besonders CO2-bzw. energieintensiven Stoffe, soweit die Letztgenannten in mengenmäßig relevanten Massenanteilen verbaut sind. Im Falle der „kritischen Rohstoffe“ erfolgt die gesonderte Betrachtung unabhängig der verbauten Gew.-% dieser Stoffe.

Neben diesen beiden gesonderten materialspezifischen Betrachtungen zum Recycling erfolgt zusätzlich eine Darstellung für eventuell im EoL-Material noch wirkungsrelevant verbauter gefährlicher Stoffe und deren Recycling- bzw. Eliminierungsmöglichkeiten im Rückbau- und Entsorgungsprozess zur Stärkung der Recyclingfähigkeit und Verhinderung ubiquitärer Verteilung.

Dazu werden verbaute Materialien bzgl. der Einstufung als kritischer Rohstoff und bzgl. ihres GWP- bzw. des PED-Wertes bzw. als gefährliche Stoffe gelistet. Bei der Zuordnung als kritischer Rohstoff ist auch auf die indirekte Zuordnung zu achten, z.B. Aluminium wg. Einstufung Bauxit als kritischer Rohstoff oder bei verbauten Halbzeugen, Produkten auch auf deren Zusammensetzungen und daran anteiligen kritischen Rohstoffen, z.B. E-Glasfaser wg. 5-10%igem Anteil an Boroxid (d.h. hier als kritischer Rohstoff eingestuftes Borat). Nicht alle E-Gläser enthalten allerdings Bor, umso wichtiger ist eine Angabe durch die Hersteller im Rahmen der EPD.

Im Falle der „kritischen Rohstoffe“ wird vorgeschlagen diese gesonderte Betrachtung unabhängig der verbauten Gew.-% dieser Stoffe vorzunehmen. Diese Vorgehensweise gilt auch für verbauten gefährliche Stoffe, soweit diese in den verbauten Materialien noch in ihrem Urzustand/ Wirkungsmechanismen enthalten sind.

Im Falle der energieintensiven Stoffe wird vorgeschlagen, ab einen PED-Wert, der das 2-fache des Heizwertes für Rohöl von 42 MJ/kg übersteigt, diese zusätzlich gesondert zu betrachten. Mit dem 2-fachen des Heizwertes für Rohöl soll eine über den Energieinhalt des Stoffes hinausgehende energieintensive Veredelung zum Kunststoff berücksichtigt werden, um erst dann als hoch energieintensiver Stoff bzgl. der Fragestellungen zur Recyclingfähigkeit eines Produktes hergezogen zu werden. Um die mengenmäßige Relevanz der letztgenannten Materialien bei einem realen Produkt abschätzen zu können, werden die PED-Werte mit den Gewichtsanteilen im Produkt selbst multipliziert. Überschreitet diese Summe, die den PED-Anteil im fertigen Produkt beschreibt, einen Wert von 20%, so wird dies als anteilsmäßig relevant eingestuft und für diese Stoffe eine zusätzliche gesonderte Betrachtung durchgeführt.

Im Falle des Produktes Rotorblatt sind am Beispiel eines realen 58,8 m langen Blattes für einen 3 MW Anlagentyp diese Daten in Tabelle 2 zusammengefasst.

Tab. 2: Kenndaten zu GWP/PED verbauter Materialien, beispielhaft für ein CFRP Blatt

*) = MITTEILUNG DER EU-KOMMISSION: Widerstandsfähigkeit der EU bei kritischen Rohstoffen: Einen Pfad hin zu größerer Sicherheit und Nachhaltigkeit abstecken; Brüssel 3.9.2020
**) = Summe PED MJ/kg *Gew-Anteil verbauter Stoff; wenn > 20MJ/ kg Rotorblatt, dann als energieintensiver Produktbestandteil eingestuft

Bei der Bewertung der besonders zu betrachtenden Materialien trifft dies im Falle dieses genannten Rotorblattes

  • bzgl. Klimarelevanz auf die Carbonfasern und Epoxidharz sowie
  • bzgl. Einstufung als „kritische Rohstoffe“ für Carbonfasern, Aluminium und Glasfasern zu.

Noch wirkungsrelevante gefährliche Stoffe sind in den EoL-Materialien nicht vorhanden.

Bzgl. der Bewertung der Recyclingfähigkeit wird für die klima- und ressourcenrelevanten Materialien geprüft, ob für diese verbauten Stoffe

a) Demontagehinweise zur Separation und
b) vorhandene Recyclingverfahren, -wege vorhanden sind sowie
c) deren Effektivität bzgl. einer realen Kreislaufführung bzw. Kaskadennutzung bewertet.

Im Falle von „gefährlichen Stoffen“ wird geprüft, ob für diese Stoffe bzw. damit belasteten Materialien

  • Demontagehinweise bzw. Hinweise zur Separation der vorhandenen gefährlichen Stoffe vorhanden sind und/oder
  • ob diese bei nachfolgenden Recyclingverfahren effizient ausgeschleust werden können.

Kreislauffähigkeit

Neben der Recyclingfähigkeit wird die damit einhergehende Fähigkeit zur Unterstützung einer Kreislauffähigkeit im Rahmen einer zirkulären Ökonomie beschrieben. Dafür wird folgende Definition für eine Kreislauffähigkeit herangezogen:

kreislauffähige Outputströme; aus Recyclingprozessen, die

a) Rezyklatqualitäten generieren, welche materialgleiche Neuware ersetzen können, h. als „Substitut Sekundärrohstoff bzw. Rezyklat“ in der Neuware enthalten sind (z.B. Aluminium oder rCF in Textilgewebe) oder diese komplett ersetzen (Umformung   von Thermoplasten) und/oder
b) Grundstoffe generieren (Bestandteile von Pyrolyseölen oder -gasen), die zur Herstellung materialgleicher Neuware wieder genutzt werden können.

Dem gleichgestellt werden Outputströme bzw. Rezyklate, die nicht materialgleiche Neuware ersetzen, sondern zur Herstellung in anderen Produkten genutzt werden, und nach deren Lebensende diese erneut als Rezyklate des Ausgangsstoffes (Weiternutzbarkeit der Ursprungseigenschaften) zurückgewonnen werden können (u.a. Herstellung öffentliches Mobiliar aus GFK-Segmenten, Nutzung von CFK-Gurten zu neuen Halbzeugen oder rCF aus Rotorblättern in neuen Textilgeweben), oder Grundstoffe, die für andere Produkte (nicht materialgleiche Neuware) genutzt werden und daraus auch wieder generierbar sind.

Als nicht kreislauffähig im Sinne dieser Definition gelten gemahlene Faserverbundkunststoffe, Glas- bzw. Carbonfasern von z.B.  < 0,5 bis 10mm und deren nachfolgende Nutzung in neuen Kunststoffprodukten.

Zur Unterstützung einer Bewertung von Recyclingfähigkeit und Kreislauffähigkeit, von im Produkt verbauten Stoffen, werden die in der bestehenden DIN EN 15804 + A2 definierten Output-Indikatoren

  • „Material for Recycling (MFR)“: stoffliches Recycling (im Falle Rotorblatt: Glasfasern als stoffliche Materialien für Neuproduktion Zement, MPC- Platten, Pflastersteine; Verwendung von rCF*) im Spritzguss/Vlies, Metallrecycling),
  • „Material for Energy Recovery (MER)“: energetische Verwertung als qualifizierter Brennstoff mit festgelegten Qualitätsanforderungen (im Falle Rotorblatt: Kunststoffanteil (Epoxidmatrix, Hartschäume), Balsaholz im Zementwerk)

noch um folgende Indikatoren ergänzt bzw. differenziert:

  • Material for Circularity (MFC) = Material wird im Kreislauf gehalten (Im Falle Rotorblatt: GFK/Sandwichmatrix als (Neu-)Möbel, Neugewebe aus rCF, Metalle)
  • Material for energetic utilisation (MEU) = energetische Verwertung als nicht-qualifizierter Brennstoff ohne festgelegte Qualitätsanforderungen (Im Falle Rotorblatt: Verbrennung von Balsaholz in Altholzkraftwerken bei Verwertungspfad Pflastersteine)

Die Empfehlungen zur inhaltlichen Erweiterung der bisher obligatorischen Informationen in einer EPD zum Thema Recycling und Entsorgung, hier insbesondere der höhere Detaillierungsgrad im Kapitel Demontage und die neuen Ansätze zur Beschreibung der Recycling- und Kreislauffähigkeit, können in Hinblick der in den oben genannten UBA-Gutachten zu EPD´s aus dem Baubereich (Texte 128/ 2020 und Texte 129/ 2020) benannten Mängel bei den bisherigen LCA-Auswertungen bzgl. Rückbau, Entsorgung und zum Recyclingpotenzial als zielführend angesehen werden.

Ebenso können diese Umsetzungen einer erweiterten EPD bzw. deren Inhalte als gutes Beispiel für die aktuell in der Politik diskutierten Recyclingpässe (siehe u.a. EU-Kommissionsvorschlag zur Novelle zur Öko-Design-Richtlinie vom März 2022) dienen, die ferner auch dem Ansinnen einer Bewertung der Recyclingfähigkeit der Rotorblätter gemäß Novelle zum deutschen Wind auf dem See-Gesetz gerecht werden.

LCA-Auswertung in der EPD

In den der EPD zu Grunde liegenden LCA-Auswertung sind Rückbau- und Recyclingprozesse im Detail zu betrachten und auch entsprechende Gutschriften für den Einsatz als Sekundärmaterial mit anzugeben. Dazu müssen für alle Recyclingschritte bzw.-verfahren Prozessdatenblätter mit den Massen- und Energieströmen vorliegen, die weitgehend auf realen Daten bzw. darauf aufbauenden Abschätzungen basieren. Diese Auswertungen zur EoL-Behandlung haben die gesamte Verwertungskette miteinzubeziehen, vom Rückbau, über die verschiedenen Aufbereitungsverfahren bis zum möglichen letzten Reinigungsschritt beim Einsatz des Sekundärrohstoffes in der Neuproduktion.

Durch unsere Arbeiten konnten für den Bereich des Rückbaus von onshore-Windenergieanlagen inkl. der weiteren Aufbereitung der Stoffströme hierfür nun Daten im Detail ermittelt werden. Diese werden prozessbezogen in Datenblätter dargestellt. Es liegen derzeit folgende Datenblätter vor:

  • Rückbau WEA-onshore
  • Zementpfad GFK
  • MPC-Plattenpfad GFK
  • Pflastersteinpfad GFK
  • Pyrolysepfad CFK

Das Datenblatt Rückbau WEA umfasst auch die Aufbereitung der Stahlkomponenten bis zur Stahlwerksgüte, d.h. Zerkleinerung auf Maße von 150cm x 50cm.

Für Beton aus dem Rückbau von WEA´s liegen nach der Demontage der Fundamente und etwaiger Betonturmsegmente für die weitere Aufbereitung zu Recycling-Baustoffe oder auch Recycling-Beton bereits detaillierte Analysen bzgl. Massen- und Energieflüsse vor, auf die zurückgegriffen werden kann [Lit. 9].

Nicht betrachtet wurden die Entsorgungswege für Mittelspannungskabel, Batterien und den Elektroschrott inkl. Transformatoren sowie für Generatoren, für die jeweils etablierte Verwertungswege vorhanden sind und die grundlegenden Kenndaten für diese jeweiligen Aufbereitungs- und Verwertungspfade in der Literatur vielfältig beschrieben sind.

Eine gesonderte Betrachtung bedarf es für die Demontage und das Recycling von verbauten Permanentmagneten in den Getrieben und zum Teil in den Türmen. Ein etabliertes Demontageverfahren zur Rückgewinnung von Permanentmagneten existiert noch nicht, insbesondere für die im Falle der WEA´s doch z.T. sehr schweren Permanentmagneten mit ihren starken magnetischen Kräften. Auch besteht für das Recycling dieser Komponenten noch ein hoher Entwicklungs- und Forschungsbedarf (aktuell findet hierzu ein Forschungsvorhaben der Deutschen Bundesumweltstiftung statt: WindLoop – Effiziente Rückführung von Selten-Erde- und Nicht-Eisen-Metallen aus Windenergieanlagen in den Stoffkreislauf; DBU-AZ: 37114/01; Laufzeit 16.4.2021 – 16.4.2023). Von daher stehen zum jetzigen Zeitpunkt für diese Materialien keine Daten bzgl. Rückbau, Demontage, Aufbereitung und Verwertung zur Verfügung, die eine Bewertung zulassen würden.

Die erfassten Daten in den entwickelten Prozessdatenblättern sind Grundlage für die Stoffstrommodellierungen und für die Lebenszyklusanalysen. Dabei werden nur Verfahren berücksichtigt, die nach dem Stand der Technik am Markt auch zur Verfügung stehen. So sind für die glasfaserverstärkten Kunststoffe (GFK-Pfad) die in der folgenden Abbildung 6 dargestellten Recycling und Verwertungswege betrachtet und hinsichtlich des CO2-Fußabdrucks bzw. des Global Warming Potentials (GWP) bewertet worden (siehe als Beispiel LCA-Vergleich für einige GFK-Recyclingverfahren in Abbildung 7).

Abb. 6: Prognose Stoffstrom Recycling, Verwertung von GFK-Materialien aus EoL-Rotorblätter für das Jahr 2036 auf Basis Stand der Technik und Markt im Jahr 2021

Mit unserem Ansatz der Detailaufnahme von Prozessdatenblättern und Substitutionseffekte konnten mittels der LCA-Auswertung diese Umweltaspekte anhand des Global-Warming-Potentials sehr gut visualisiert werden. Zudem stellen die Ergebnisse dieser Lebenszyklusanalysen eine wichtige Information zur Bewertung bzw. Steuerung beim Recycling hin zur Zirkularität dar. Dabei bedarf es immer einer Gesamtbetrachtung aus Energieaufwand und erzielbarer Zirkularität. Je energieaufwändiger die Schritte zur Rückgewinnung von einzelnen Stoffen im Sinne von Zirkularität sind, umso entscheidender ist es, diesen Weg dann auch kritisch bzgl. einer realen Umsetzung zu begleiten.

Abb. 7: Global-Warming-Potenzial Vergleich für die Verwertungswege Zementpfad und MPC-Pfad der GFK-Materialien aus dem Rückbau von Rotorblättern; inkl. Gutschriften durch Substitution von Sand, Ton und Kalkstein sowie Primärenergie beim Zementwerk und Substitution von Kalkstein und Polypropylen beim MPC sowie Kalkstein und Polyester beim Pflasterstein

Zu Beginn des ersten Projektes in 2017/18 und als Zwischenergebnis der Arbeiten in RecycleWind 1.0 standen hier folgende Punkte im Fokus:

  • Fehlende Kommunikation der Akteure untereinander, keine gemeinsamen Handlungsstrategien
  • Die Informationssituation über Materialzusammensetzung und Massenströme war/ ist nicht ausreichend
    • Rechte an geistigem Eigentum versus Transparenz
  • Rechtsrahmen unbefriedigend, keine Verantwortung des Herstellers für die Konstruktion recycelbarer Rotorblätter bzw. zu Produktdeklarationen
  • keine einheitlichen Vorgaben von Behörden zum Rückbau
  • Ökonomische Interessen versus Lebenszyklusdenken und –handeln
    • Das Marktpotenzial für recycelte Glasfasern ist gering
    • Recycling und Entsorgung Carbonfasern ist noch nicht etabliert

Auf Basis dieser Zwischenergebnisse wurde ein Ansatz in RecycleWind verfolgt, das Verwertungsnetzwerk als Gütegemeinschaft aufzubauen.

Modellansatz einer Gütegemeinschaft „RecycleWind“

Basiselement einer derartigen Gütegemeinschaft, die im Bereich Abfallwirtschaft u.a. für (mineralische) Recyclingbaustoffe, Kompost oder für Sekundärbrennstoffe bereits existieren, aber auch bei Produkten wie den RAL-gütegesicherten Mineralwollen bekannt sind, ist die Etablierung eines Güteausschusses, der die Einhaltung der Vorschriften zur Gütesicherung sicherstellt.

Im Güteausschuss sollten alle wichtigen Akteursgruppen durch entsprechende Mitglieder vertreten sein; daneben auch Vertreter von Genehmigungsbehörden und FuE. Da die Akteure z.T. untereinander am Markt auch als Konkurrenten agieren können, bietet sich für die Organisation und Koordination sowie der Moderation die Leitung des Güteausschusses durch eine „neutrale Stelle“, wie z.B. ein An-Institut der Hochschule Bremen an.

Der Güteausschuss vergibt Gütesiegel für Mitgliedsfirmen, die sich an die festgelegten Standards halten. Dies ist durch erfolgreiche Teilnahme an festgelegten Zertifizierungen/ Überprüfungen nachzuweisen.

Die Arbeit einer derartigen Gütegemeinschaft fußt dabei auf ausreichenden Produktdeklarationen seitens der Hersteller; wobei im Falle der WEA hier die Hauptkomponenten jeweils getrennt zu betrachten sind. Die entwickelte EPD-plus bzw. die darin geforderten Daten sollte für Mitglieder der Gütegemeinschaft als Standard gelten, soweit diese zukünftig nicht generell, insbesondere für langlebige Produkte, vom Gesetzgeber vorgeschrieben werden.

Die Gütegemeinschaft schafft durch eine laufende Aktualisierung der Bewertungen damit auch eine ständige Neubewertung der „alten“ EPDs. Allein diese wiederkehrende (Neu-)Bewertung wird dem Recycling langlebiger Produkte und damit auch der Herstellerverantwortung gerecht.

Daneben ist ein Überblick über den Gesamtbestand aller Windenergieanlagen und deren Kenndaten für die Arbeit in der Gütegemeinschaft von großer Bedeutung. Nur darüber lassen sich Stoffstromflüsse des derzeitigen und des zukünftigen Bestandes abbilden bzw. prognostizieren und damit notwendige Aufbereitungs- und Verwertungskapazitäten abschätzen bzw. aufzeigen. Bei fehlenden Kapazitäten sind entsprechende Lösungen im Rahmen der erweiterten Herstellerverantwortung zu diskutieren.

Hierzu fanden mehrere Konsultationen zu bestehenden Verbänden aus der Windenergiebranche und Herstellern von Windenergieanlagen statt. So wurden VDMA, BWO, Vestas, Siemens-Gamesa, WindEurope , Deutsche WindGuard, RDR-Wind e.V: über unsere Vorstellung informiert und deren Sichtweise dazu eruiert.

Verwertungsnetzwerk / Gütegemeinschaft Stand 3/2022

In diesem Kontext ist festzuhalten, dass sich heute das Bild gegenüber der Ausgangssituation anders darstellt:

  • DIN SPEC 4866 zum Rückbau, Demontage, Recycling und Verwertung ist seit 8/2020 veröffentlicht, aktuell in der Evaluierungsphase
  • Rechtliche Vorgaben zum Rückbau bei den Genehmigungsbehörden sind weitgehend geordnet und in zwei Gutachten, die vom UBA beauftragt wurden, werden bis Ende 2022 dazu noch vertiefende Empfehlungen zu erwartet; u.a.
    • zum Arbeits- und Immissionsschutz beim Zerteilen und Zerkleinern der FVK mit Glas- und Carbonfasern
    • zum Umgang mit Pfahlgründungen beim Rückbau onshore WEA
    • Empfehlungen zu Fragen der Organisationsverantwortung bzgl. Rückbau, Verwertung
  • Einbringen relevanter Aspekte über WindEurope zum Rückbau und Recycling [Lit 13] in den europäischen Rechtsrahmen bei der Internationalen Elektrotechnischen Kommission TC88 für Windkraftanlagen, um eine Änderung der IEC 61400-28 CD „Technical Specification Wind energy generation systems – Throughlife management and life extension of wind power assets“ zu erwirken. Die Änderung zielt darauf ab, in der Vorschrift Inhalte für das Ende der Lebensdauer hinzuzufügen.
  • Das Geschäft läuft für die relevanten Hersteller und Betreiber europaweit, d.h. Lösung für ein Verwertungsnetzwerk sind europaweit aufzubauen.
  • Für die Verwertung der Faserverbundstoffe aus den Verkleidungen und den Rotorblättern finden sich aufgrund des bisherigen hohen Preisniveaus heute vermehrt Akteure in ganz Europa, die Lösungen anbieten. So werden Rotorblätter aus Deutschland und Österreich als 5 bis 12m-lange Segmente bis nach Portugal transportiert. Zum Teil sind es dabei Recycling-Ansätze mit derzeit nur geringen Kapazitäten von 1.500 – 5.000 Mg/a.

Zudem haben sich die wichtigsten Hersteller und Betreiber in Ihrer jeweiligen firmeneigenen Nachhaltigkeitspolitik bzw. Unternehmensstrategie auf eine klimaneutrale Produktion und zirkuläre Stoffstrommodelle festgelegt (siehe auch Ausführungen dazu im Fazit zu AP 3).

Dazu haben sich die führenden Herstellern GE, Vestas, und Siemens-Gamesa in gemeinsamen Projekten zusammengefunden; u.a. DecomBlade; Start Jan. 2021 (mit dem Schwerpunkt. neuer Recyclingansätze) und ZEBRA (Zero wastE Blade ReseArch); Start Sept. 2020) (mit dem Schwerpunkt. neuen Designs der Rotorblätter).

Bei dieser weitgehend einheitlichen Zielformulierung in der Branche stehen daher nicht unterschiedliche Abfallstrategien mit unterschiedlichen Marktteilnehmern im Vordergrund, sondern die Nachweisführung über die selbst gewählte Zielerreichung und deren transparente Kommunikation gegenüber der Öffentlichkeit. Dafür bietet sich eine Zusammenarbeit mit Vertretern aller beteiligten Wertschöpfungsketten im Rahmen eines europäischen Ansatzes für eine Recyclingnetzwerk, sinnvollerweise innerhalb vom Branchenverband WindEurope, an. Im Ergebnis sind hier die Zielerreichungsgrade zu publizieren. Ferner sollten über diese Plattform anhand konkreter Planungen der Betreiber jährlich im Voraus Rückbaumassen prognostiziert werden, um damit einhergehende notwendige Kapazitäten an notwendige Anlagen und Maschinen (u.a. Schwerlastkräne zum Rückbau onshore, Transporteinheiten offshore, Erstbehandlungskapazitäten an relevanten Hafenstandorten) aufzuzeigen.

Eine Vertiefung der Diskussion ist auf Ebene der Verbänden VDMA, WindEurope, BWO, BWE, RDR-Wind bzgl. eines europäischen Ansatzes für ein derartiges Netzwerk zu führen. Die Ergebnisse aus den bisherigen Arbeiten im Projekt RecycleWind sollten nach Möglichkeit in die aktuellen Aktivitäten bei „Windeurope“ :

  • WindEurope Decommissioning and Dismantling mit dem Ziel rückbau- und recyclingrelevante Aspekte in den europäischen Rechtsrahmen bei der Internationalen Elektrotechnischen Kommission TC88 für Windkraftanlagen einzubringen (siehe oben).
  • Erstellung einer Übersicht zu bestehenden Behandlungskapazitäten für EoL-WEA´s in Europa

eingebracht werden.

Die hier in dem vorliegenden AUF-Vorhaben RecycleWind entwickelten Werkzeuge

  • die erweiterte Umweltproduktdeklaration,
  • die WEA Datenbank
  • die Prozessdatenblätter
  • Stoffflussanalysen inkl. LCA-Auswertungen

stellen dafür eine gute Basis zur Arbeit in einem solchen Recyclingnetzwerk dar und könnten als Dienstleitungen hier eingebracht werden.

Im Gegensatz zum bisherigen Ansatz des Aufbaus einer Gütegemeinschaft nach deutschem Recht als Komplett-Organisation (und der damit verbundenen möglichen Etablierung einer Dienstleistung als „neutraler“ Operator) erscheint unter den gegebenen Reaktionen aus dem Markt bzw. bei den relevanten Akteuren hier eine Fokussierung auf die vorgenannten Dienstleistungen als zielführend. Ein Verwertungsnetzwerk zum Recycling von Windenergieanlagen sollte europaweit, möglichst in einem bestehenden Branchenverband wie z.B. WindEurope etabliert werden.

Projektpartner

Logo IEKrW

Institut für Energie und Kreislaufwirtschaft an der Hochschule Bremen GmbH, Germany

Das Institut für Energie und Kreislaufwirtschaft an der Hochschule Bremen GmbH (IEKrW) wurde im Jahr 2000 gegründet und ist ein Beispiel für public-private-partnership im Bereich der angewandten Forschung und Entwicklung. Als KMU dient es als Transfer-Stelle zwischen Wissenschaft und Wirtschaft.

www.iekrw.de

Prof. Dr. rer.nat. Martin Wittmaier
Neustadtswall 30
28199 Bremen
GERMANY
Tel.: +49 (0) 421 5905-2326
Fax: +49 (0) 421 5905-2380
E-mail: wittmaier@hs-bremen.de

Dr. Detlef Spuziak-Salzenberg
Neustadtswall 30
28199 Bremen
GERMANY
Tel.: +49 (0) 421 5905-3566
Fax: +49 (0) 421 5905-2380
E-mail: d.spuziak-salzenberg@iekrw.de

Universität Bremen, Germany

Das Fachgebiet Resiliente Energysysteme der Universität Bremen beschäftigt sich insbesondere mit der resilienten Gestaltung von Energiesystemen unter Berücksichtigung von technischen, sozialen und ökonomischen Aspekten. Methodisch kommen dabei Modellierung und Simulation, Vulnerabilitäts- und Risikoanalyse, Methoden der sozialwissenschaftlichen Empirie sowie stakeholderbasierte Bewertungsansätze zur Anwendung. Angewandt werden darüber hinaus Methoden der klassischen Technikfolgenabschätzung (u.a. Ökobilanz, Risikobewertung, Toxikologie, Kosten/Nutzen-Analyse, Szenariotechnik), die im jeweiligen Untersuchungsrahmen weiterentwickelt werden, bis hin zur leitbildorientierten Technikgestaltung. Der Resilienzansatz zur Gestaltung und Entwicklung von Technologien wird dabei als bionischer Ansatz verstanden, im Sinne eines „Lernens von der Natur“.

www.uni-bremen.de/res/

Dr. rer. nat Torben Stührmann
Fachgebiet Resiliente Energiesysteme
Enrique-Schmidt-Straße 7
28359 Bremen
GERMANY
Tel.: +49 (0) 421 218-64896
E-mail: t.stuehrmann@uni-bremen.de

brands & values GmbH, Germany

Die brands & values GmbH ist eine Unternehmensberatung mit der Spezialisierung auf die Nachhaltigkeitsberatung. Der Schwerpunkt liegt insbesondere in der ökologischen Nachhaltigkeit. Die Geschäftsfelder lassen sich in die nachfolgenden Bereiche untergliedern:

  • Ökobilanzierung & Lebenszyklusanalyse
  • Umweltmanagement
  • Nachhaltigkeitsstrategie
  • Nachhaltigkeitskommunikation & -berichterstattung
  • Nachhaltigkeitssoftware

www.brandsandvalues.com

Dipl.-Ing Tobias Brinkmann M.Sc
Lukas Metzger M.Sc
Altenwall 14
28195 Bremen
GERMANY
Tel.: +49 (0) 421 709084-33
E-mail: info@brandsandvalues.com

Kooperierende Unternehmen

TPI Composites Germany GmbH, Germany

TPI Composites Germany GmbH gehört zur TPI Composites, Inc. (TPI). Wir sind ein führender Hersteller von Rotorblättern für Windenergieanlagen und waren 2019 für ca. 18 % aller verkauften Onshore-Rotorblätter auf MW-Basis weltweit verantwortlich. Mit über 1,4 Milliarden US-Dollar Umsatz und mehr als 9.500 verkauften Rotorblättern haben wir in diesem Jahr einen neuen Höchststand erreicht. Wir ermöglichen es vielen der branchenführenden Windturbinen-Erstausrüster (OEMs), die sich bisher auf die Eigenfertigung verlassen haben, die Herstellung eines Teils ihrer Rotorblätter auszulagern. Unsere fortschrittlichen Produktionsstätten sind strategisch auf der ganzen Welt verteilt, um den wachsenden globalen Windmarkt kosteneffizient zu bedienen.

www.tpicomposites.com

TPI Composites Germany GmbH
Falkenberger Strasse 146 A/B
13088 Berlin
GERMANY

Carbon-Werke Weißgerber GmbH & Co. KG, Germany

Seit über 35 Jahre werden bei den Carbon-Werken in Wallerstein Carbonfasern (Kohlenstofffasern) in der Form von Carbon-Rovings, Carbon-Bändern, Carbon-Flechtschläuche, Carbon-Gewebe oder Carbon-Prepregs für technologisch anspruchsvolle Anwendungen eingesetzt.

Diese kommen in den Bereichen Luft- und Raumfahrt / Fahrzeugbau / Motorsport / Medizintechnik / Maschinen- und Anlagenbau / Sportartikel / Modellbau usw. zum Einsatz, wo herkömmliche Materialien an technologischen Grenzen stoßen. Dies geschieht in Form von Carbon-Stäben, Carbon-Rohren, Carbon-Platten (unidirektional hochsteif, hochglänzend oder als Sandwich) in Dimensionen bis 6 m Länge. Der vorhandene Maschinenpark erlaubt darüber hinaus individuelle, maßgeschneiderte hochpräzise Bauteilanfertigungen, entweder als Einzelstück oder in Serienfertigungen.

Auf der Basis von Forschung und Entwicklung zusammen mit Universitäten, Hochschulen und Instituten sind branchenbezogene Spezialanwendungen zur Serienreife gebracht worden, die in der Astronomie, der Lasertechnik und der Computerchip-Herstellung zu Durchbruchsinnovationen geführt haben.

Alle Werkstoffe und Verfahren orientieren sich an den Vorgaben einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft und berücksichtigen auch die Wieder- und Weiterverwendung der hochwertigen Carbon-Materialien auf extrem hohen technologischen bedienen.

https://www.carbon-werke.com

Carbon-Werke
Weißgerber GmbH & Co. KG
Albert-Einstein-Str. 2-4
86757 Wallerstein
GERMANY
E-mail: mail@carbon-werke.com

Downloads & Veröffentlichungen

Vorgängerprojekt "RecycleWind"

Forschungsvorhaben zur Entwicklung eines selbstlernenden und resilienten Verwertungsnetzwerkes für Windenergieanlagen

Mit Hilfe der wissenschaftlichen Methode der agentenbasierten Modellierung sollen Auswirkungen von langfristigen Strategien auf das Produktsystem „Rotorblatt“ von Windenergieanlagen untersucht werden. Das Ziel des Vorhabens liegt in der Entwicklung konkreter Recyclingvereinbarungen, die gemeinsam von den Akteuren des Produktsystems ausgehandelt und umgesetzt werden.

Ausgangslage

Windenergieanlagen sind hochwertige, komplexe Produkte aus einer Vielzahl von Materialien. Die ersten der ca. 29.000 Anlagen in Deutschland erreichen das Ende ihres Produkt-Lebenszyklus. In den kommenden Jahren wird mit einer starken Zunahme der stillzulegenden Anlagen gerechnet. Doch was geschieht mit diesen alten Anlagen? Die Windbranche müsste den Anspruch haben, die „grünen“ Energieerzeugungsanlagen möglichst materialeffizient zurückzubauen und im Sinne der Kreislaufwirtschaft hochwertig zu recyceln.

Derzeit wird dieser Anspruch nicht erfüllt, und auch zukünftig ist nicht davon auszugehen, dass der Verwertungsmarkt allein eine ressourcensichernde Entsorgung von Altanlagen erreichen könnte. Gründe dafür sind zum Beispiel die Intransparenz bezüglich anfallender Stoffströme sowie problematische Materialanteile wie Carbonfasern (CFK).

An dieser Stelle setzt das Forschungsvorhaben „Verwertungsnetzwerk RecycleWind – resilient und selbstlernend“ an. Dabei handelt es sich um ein Verbundprojekt der Hochschule Bremen, der Universität Bremen und der Beratungsfirma brands & values, sustainability consultants in Bremen.

Projektziele

In dem Vorhaben wird ein selbstlernendes Verwertungsnetzwerk mit den wesentlichen Akteuren aller Stufen des Lebensweges von Windenergieanlagen entwickelt. Ziel ist, dass die Akteure (beteiligte Firmen oder Behörden) gemeinsam konkrete aber anpassungsfähige Recyclingvereinbarungen zur ressourcenschonenden Lenkung von Stoffströmen festlegen.

Lösungsansatz

Als Voraussetzungen für die Vereinbarungen werden in RecycleWind drei methodische Elemente erarbeitet:

  1. das Stoffstrommodell,
  2. das Akteursnetzwerk und
  3. die agentenbasierte Modellierung.

Mit der agentenbasierten Modellierung können wissenschaftlich abgesicherte Methoden der Selbststeuerung im Stoffstromsystem erforscht und die Auswirkungen möglicher Handlungen der Akteure simuliert werden. Da sich wesentliche Rahmenbedingungen bei einer etwa 20-jährigen Laufzeit von Windenergieanlagen ändern, kann das Verwertungsnetzwerk nicht mit einem starren Leitrahmen arbeiten. Im Gegensatz zu bestehenden Steuerungselementen in anderen Branchen mit festen Verwertungsquoten wird auf ein anpassungsfähiges Konzept der Selbststeuerung gesetzt. Das Konzept muss auf die Änderungen der Anforderungen robust, anpassungsfähig, innovationsfähig und improvisationsfähig, also selbstlernend und resilient, reagieren können. Gleichzeitig müssen die Vorgaben hinsichtlich Effizienzparameter (Material, Energie, Klimaschutz, Kosten, etc.) erfüllt werden. Je nach Marktsituation und Akteurskonstellation werden die Recyclingstrategien und die tatsächlich begangenen Recyclingwege fließend von den Akteuren angepasst, ohne die gesetzten Effizienzziele zu verpassen.

Hochschule Bremen (Projektleitung)

Institut für Umwelt- und Biotechnik
Prof. Dr.-Ing Henning Albers
Dr. Frauke Germer
Neustadtswall 30
D-28199 Bremen
Tel.: +49 421 5905-2396
E-Mail: frauke.germer@hs-bremen.de

Bisherige Arbeiten

  • Untersuchungen zum Aufbau und zur Organisation von Prozessketten und der technischen Rückbau- und Verwertungssysteme von Windenergieanlagen
  • Analyse des technischen Aufbaus von Windenergieanlagen und Materialzusammensetzungen
  • Netzwerk: Kontaktaufbau zu Akteuren und Veröffentlichung von Ergebnissen auf Konferenzen und in Fachaufsätzen

Bisherige Forschungsschwerpunkte

  • SystOP: Optimierung des Leistungssystems Offshore Wind in der Betriebsphase (BMWi-Förderung und Promotionsvorhaben)
  • Abfallwirtschaftskonzepte bei Offshore-Windparks
  • Entwicklung eines Prognosemodells zur Ermittlung möglicher Auswirkungen des demografischen Wandels und der erweiterten Wertstofferfassung auf die Abfallbehandlungs-kapazitäten (Promotionsvorhaben)

Universität Bremen

Fachgebiet Resiliente Energiesysteme
Prof. Dr.-Ing. Johannes Kiefer (komm.)
Dr. rer nat Torben Stührmann
Enrique-Schmidt-Straße 7
D-28359 Bremen
Tel.: +49 421 218-64896
E-Mail: t.stuehrmann@uni-bremen.de

Bisherige Arbeiten

  • Modellierung von Stoffströmen zum großskaligen Auf- und Rückbau von Windenergie und Photovoltaik
  • Ökobilanzierung komplexer Produkte (z.B. Windenergie, Elektromobilität)
  • Bestimmung von Recyclingpotenzialen für strategische Metalle aus Altprodukten (Stoffstrommodelle, Verwertungssysteme, Abschätzung zukünftiger Mengen, Ableitung von Handlungsmaßnahmen)
  • Modellbasierte Erkundung von Innovationssystemen und Technologiediffusion

Bisherige Forschungsschwerpunkte

  • agentenbasierte und systemdynamische Modellierung komplexer sozio-technischer Systeme
  • Modellbasierte Analyse von Stoffströmen (Mengen und Qualitäten)
  • Energiesystemanalyse (Resilienz, Vulnerabilität, Umweltfolgen)
  • Entwicklung von Resilienzkriterien und Gestaltungselementen für resiliente sozio-technische Systeme

brands & values GmbH

Dipl.-Ing. Tobias Brinkmann M.Sc
Altenwall 14
28195 Bremen
Tel.: +49 421 709084-33
E-Mail: info@brandsandvalues.com

Die brands & values GmbH ist eine Unternehmensberatung mit der Spezialisierung auf die Nach-haltigkeitsberatung. Der Schwerpunkt liegt insbesondere in der ökologischen Nachhaltigkeit. Die Geschäftsfelder lassen sich in die nachfolgenden Bereiche untergliedern:

  • Ökobilanzierung & Lebenszyklusanalyse
  • Umweltmanagement
  • Nachhaltigkeitsstrategie
  • Nachhaltigkeitskommunikation & -berichterstattung
  • Nachhaltigkeitssoftware

Förderung

Dieses Vorhaben (FKZ: AUF0009) wird von der Bremer Aufbau-Bank GmbH mit Mitteln aus dem „Programm zur Förderung angewandter Umweltforschung AUF“ der bremischen Senatorin für Klimaschutz, Umwelt, Mobilität, Stadtentwicklung und Wohnungsbau und mit Mitteln der Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.

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