Wenn Rotorblätter ausgedient haben, landen sie oft auf riesigen Schrottplätzen. Eine neue Methode aus China könnte diese Friedhöfe bald überflüssig machen. (Bildquelle: Adobe Stock Von Deamard)

Mit der Windenergie verhält es sich so: Sie hat eine Schattenseite, über die ihr vermutlich deutlich seltener hört als über ihre Vorteile. Es geht um die Frage, was mit den gigantischen Konstruktionen geschieht, wenn sie ausgedient haben – allen voran mit diesen riesigen Rotorblättern, die danach scheinbar nutzlos sind.

In China sucht die Wissenschaft schon länger nach Antworten, und ein Forschungsteam hat nun bewiesen, dass die Lösung ebenso brachial wie überraschend ausfallen könnte.

Der Friedhof der grünen Riesen

Zweifelsohne gehören Windkraftanlagen zu den größten Symbolen der Energiewende, doch sie bergen ein Paradoxon: Ihre gewaltigen Rotorblätter lassen sich extrem schwer recyceln. Gefertigt aus Glasfasern und duroplastischen Harzen, sind sie darauf ausgelegt, Wind und mechanischen Belastungen über Jahrzehnte hinweg standzuhalten.

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Das Problem beginnt am Ende ihrer Lebensdauer, denn diese Harze lassen sich im Gegensatz zu herkömmlichen Kunststoffen nicht einfach einschmelzen und neu formen. Als bisherige Auswege bleiben das Vergraben, Schreddern oder aufwendige thermische und chemische Behandlungsverfahren, die teuer sind und das Material beschädigen können.

Angesichts von Millionen Tonnen an Abfällen, die in den kommenden Jahrzehnten prognostiziert werden, benötigt die Branche weit mehr als nur freie Lagerflächen, auf denen sich der Schrott türmt.

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Chinas Frankenstein-Methode: 2.000 Grad in einer halben Sekunde

Ein Team der Tsinghua-Universität unter Leitung von Bing Deng hat nun ein Verfahren entwickelt, das wie aus einem Science-Fiction-Roman wirkt: Ausgediente Rotorblätter werden mittels eines elektrischen Impluses zerstört, um aus den Überresten neue, potenziell noch bessere Werkstoffe zu gewinnen.

Wie das funktioniert? Zunächst werden die Rotorblätter zu feinem Pulver zermahlen und mit Ruß gemischt, um das Gemisch elektrisch leitfähig zu machen.

Anschließend jagen die Forschenden einen kurzen Stromimpuls durch das Gemenge. Dieses Verfahren, bekannt als ultraschnelle Joule-Erwärmung, treibt die Temperatur in nur 0,5 Sekunden auf rund 2.000 °C.

Das Siliziumdioxid der Glasfaser wandelt sich dabei in Siliziumkarbid um, während die Kohlenstoffverbindungen des Harzes Graphen bilden. Die beiden Ausgangsstoffe müssen vorher weder voneinander getrennt werden, noch sind Lösungsmittel oder Katalysatoren nötig.

Ausgediente Rotorblätter bestehen aus widerstandsfähigen Materialien, die sich bisher kaum recyceln ließen. (Bildquelle: Adobe Stock Von Viktor)

Ein Rotorblatt auferstehen lassen, um ein besseres zu bauen

Die eigentliche Überraschung zeigte sich, als das Team den wiedergewonnenen Stoff in frisches Epoxidharz einmischte. Bereits ein Gewichtsanteil von lediglich 0,3 Prozent reichte aus, um die Zugsteifigkeit um 27 Prozent und die Biegesteifigkeit um 9 Prozent zu steigern.

Ein Anteil von nur 0,1 Prozent verbesserte die Temperaturleitfähigkeit sogar um 41 Prozent. Das Siliziumkarbid liefert Härte und thermische Beständigkeit, während das Graphen durch seine mechanischen und leitenden Eigenschaften glänzt.

Diese Kombination könnte künftig die Fertigung von Rotorblättern ermöglichen, die wesentlich widerstandsfähiger und langlebiger sind – und sogar der Eisbildung entgegenwirken, wie die Fachleute erklären. Allerdings ein wichtiges Detail vorweg: Vollständige Rotorblätter wurden damit noch nicht gefertigt, die Ergebnisse stammen bislang aus Tests mit Laborharzen.

Auch die finanzielle Rechnung könnte aufgehen

Das Verfahren verspricht nicht nur wertvolle Rohstoffe, sondern könnte wirtschaftlich deutlich rentabler sein als andere Methoden. Nach Berechnungen der Forschungsgruppe ließe sich mit der Verarbeitung einer Tonne Schrott ein Gewinn von rund 80 US-Dollar erzielen – während bei der Pyrolyse Verluste von geschätzten 460 US-Dollar und bei bestimmten chemischen Verfahren sogar von 1.800 US-Dollar anfallen.

Die Ökobilanz deutet ebenfalls auf große Vorteile hin: eine Emissionssenkung um 83 Prozent gegenüber der Pyrolyse und um 92 Prozent im Vergleich zur chemischen Auflösung. Der Schlüssel liegt in der extrem schnellen elektrischen Erhitzung, die eine direkte Verbrennung verhindert und die Abfälle direkt in höherwertige Produkte transformiert. Allerdings fehlen in diesen Schätzungen bisher noch Faktoren wie der Zerkleinerungsaufwand, Maschinenkosten und weitere Betriebsausgaben.

Die neue Recycling-Methode könnte in Zukunft nicht nur Müll reduzieren, sondern auch Rohstoffe für den Bau noch effizienterer Windräder liefern. (Bildquelle: Adobe Stock von Анна Терелюк)

Von zehn Gramm zu Bergen aus Schrott

Der größte Knackpunkt bleibt die Skalierung. Die meisten Experimente fanden mit lediglich 0,3 Gramm Material statt. Später gelang es den Forschenden, die Chargen auf 10 Gramm zu steigern, ohne dass die Ausbeute an Siliziumkarbid und Graphen einbrach. Mittlerweile existiert auch das Konzept für einen Reaktor für 200 Gramm, doch der Beweis für gigantische Massen steht noch aus.

Die Hürde ist gewaltig: Rotorblätter einer einzigen Windkraftanlage bringen schnell dutzende Tonnen auf die Waage. Dennoch peilt Deng als übergeordnetes Ziel den Bau einer Pilotanlage an, die 100 Tonnen verarbeiten kann. Zudem müssen der reale Energieverbrauch und die langfristige Haltbarkeit der neuartigen Verbundwerkstoffe erst noch genau überprüft werden.

Auch die USA sehen Potenzial im Stromstoß

Das Interesse an dieser Technologie beschränkt sich keineswegs auf China. James Tour, Chemiker an der Rice University und Pionier der ultraschnellen Joule-Erwärmung, sieht in dem Experiment einen vielversprechenden Weg, schwer recycelbare Abfälle in wertvolle Materialien zu verwandeln, mahnt aber gleichzeitig: Die industrielle Machbarkeit müsse sich erst noch in der Praxis beweisen.

Weil das Verfahren Glasfaser und Harz gleichermaßen nutzt, entfällt die aufwendige vorherige Trennung, was auch den Bedarf an chemischen Behandlungen drastisch senkt. Der nächste große Härtetest besteht darin, zu zeigen, dass der Verbundstoff auch in vollständigen Großstrukturen funktioniert und seine Eigenschaften über Jahre hinweg beibehält. Wenn das gelingt, könnte die Methode einen völlig neuen Recyclingpfad für bislang problematische Verbundwerkstoffe eröffnen.

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Die Entdeckung geht weit darüber hinaus, alte Rotorblätter bloß irgendwie loszuwerden. Funktioniert das Ganze im industriellen Maßstab, ließe sich aus schwer verwertbarem Müll direkt der Rohstoff für neue Windkraftkomponenten gewinnen – wodurch ihr gleichzeitig weniger auf Primärrohstoffe angewiesen wärt.

Obendrein böte sich eine echte Alternative zu den wachsenden Rotorblatt-Friedhöfen, die sich mit zunehmendem Alter weltweiter Windparks ansammeln.

Wie ihr seht, gilt es noch einige technische wie wirtschaftliche Hürden zu meistern. Doch das Paradoxon bringt das Vorhaben auf den Punkt: Eine Technologie, die für saubere Energie konzipiert wurde, könnte ihre Zukunft künftig in den Überresten ihrer eigenen Anlagen finden – wiederbelebt durch einen Stromstoß von gerade einmal einer halben Sekunde.