Recyclage de la résine et des fibres des déchets de pales d'éoliennes via de petites molécules

Jul 07, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9270 (2023) Citer cet article

796 Accès

2 Altmétrique

Détails des métriques

L'énergie éolienne présente un potentiel de croissance important et une applicabilité à l'échelle mondiale, mais environ 2,4 % des pales d'éoliennes doivent être mises hors service chaque année. La majorité des composants des pales peuvent être recyclés ; cependant, les pales éoliennes sont rarement recyclées. Dans la présente étude, une méthode alternative a été présentée impliquant une technique assistée par petites molécules basée sur une réaction dynamique qui dissout les déchets de matériaux composites contenant des groupes ester pour recycler les pales d'éoliennes en fin de vie. Ce processus efficace nécessite des températures inférieures à 200 °C et le composant principal, à savoir la résine, peut être facilement dissous. Ce procédé peut être appliqué au recyclage de matériaux composites, tels que des pales d'éoliennes et des composites de fibres de carbone comprenant des fibres et des résines. Selon les déchets, jusqu'à 100 % du rendement de dégradation de la résine peut être atteint. La solution utilisée pour le processus de recyclage peut être réutilisée plusieurs fois et peut être réutilisée pour obtenir des composants à base de résine et créer une boucle fermée pour ce type de matériau.

Le vent est une source d’énergie entièrement renouvelable dotée de ressources infinies et d’une technologie efficace pour son utilisation. L’Europe, la Chine et les éoliennes offshore ont établi de nouveaux records en 2020, installant plus de 93 GW pour un total de 742,7 GW1. L’UE prévoit que les nouvelles constructions augmenteront la capacité d’énergie éolienne de 205 GW2 à 323 GW d’ici 2030. L’énergie éolienne fournit 15 % de l’électricité de l’UE et, d’ici 2030, elle en fournira 30 %. Entre 2020 et 2030, de nombreuses éoliennes des années 2000 seront mises hors service et démantelées3,4. L'Allemagne, l'Espagne et le Danemark possédaient 41 à 57 % des éoliennes installées en Europe, avec une durée d'exploitation dépassant 15 ans en 20205,6. En 2021, la puissance totale des éoliennes de 4 GW (6 000 éoliennes) pourrait être mise hors service en raison de l’expiration du soutien de 20 ans7. Chaque année, 2,4 % de toutes les pales d'éoliennes en Europe sont remplacées8. Les gros matériaux composites tels que les pales d'éoliennes sont rarement recyclés9,10,11,12,13, et de nombreux pales démontées et mises en décharge mettent l'environnement à rude épreuve, entraînant une perte d'énergie chimique et de potentiel de recyclage des matériaux.

Les pales d'éoliennes possèdent une composition complexe, contenant des revêtements thermoplastiques, des composites thermodurcissables/verre et fibre de carbone14, de la fibre de carbone, du bois de balsa et des adhésifs15. Cette composition rend très difficile la séparation des matériaux et la réutilisation ultérieure des fractions séparées16,17,18,19. Un kW supplémentaire d’énergie éolienne installée nécessite 12 à 15 kg de composites, y compris les matériaux des pales20. Les polymères thermodurcis réticulés des composites de la couche externe ne peuvent pas être fondus ou remoulés, ce qui rend problématique même les premières étapes du recyclage21,22,23,24,25,26. Des méthodes mécaniques27,28,29,30, thermiques31 et chimiques32,33,34,35,36 des composites thermodurcissables ont été développées par les chercheurs. Les techniques de recyclage thermique par pyrolyse et gazéification ont des indices TRL de 9 et 5/6, respectivement37,38. Malheureusement, les conditions de pyrolyse avec des températures supérieures à 500 °C peuvent endommager les fibres en retenant des résidus d'oxydation, du charbon ou une structure chimique. Ce n’est pas non plus toujours économique et son adéquation dépend de la technologie utilisée. Si le processus de conversion thermique doit être effectué comme un processus auto-thermique, une partie ou la totalité des substances volatiles émises par le processus doivent être utilisées. En conséquence, une partie, sinon la majorité, des composés organiques récupérables à partir d'un tel flux sont perdus. De plus, les processus de conversion thermique produisent des mélanges complexes qui nécessitent des processus supplémentaires à haute température comme la distillation, l'hydrodésoxygénation ou l'hydrocraquage avant utilisation. La solvolyse, utilisée dans ce travail, récupère les fibres propres et intactes et réutilise la résine, ce qui pourrait boucler la boucle des composites en résine renforcée par des fibres39. En raison des conditions de température élevée (mais inférieures à la pyrolyse ou à la gazéification) et de pression élevée, qui permettent de collecter et de réintroduire des volumes importants de solvants, cette technique est inefficace et gourmande en énergie. Cette méthode offre le meilleur rapport coût/valeur des articles malgré un TRL de 5/626,40.