KIKKERTER
Genanvendelse af kompositmaterialer Aktivitetsområde 5: Plastteknologi FORCE Technology Afdelingen for Anvendt Miljøvurdering Stefan Naef 1. delrapport December, 2010 1 Indholdsfortegnelse 1 Indholdsfortegnelse ............................................................................................................2 2 Indledning............................................................................................................................4 3 Formål med at øge genanvendelsen af kompositmaterialer ..............................................5 4 Potentiale for indsamling og behandling af kompositter ...................................................6 5 6 7 4.1 Eksisterende genanvendelse ......................................................................................6 4.2 Kortlægning af potentialet for genanvendelige kompositter.....................................6 4.3 National lovgivning og regulering (krav, afgifter og incitamenter) ............................7 4.4 Geografisk fordeling (fokus på Danmark første år) ................................................. 10 4.5 Prognose .................................................................................................................. 10 4.6 Fordeling på type og kvalitet ................................................................................... 11 Kompositmaterialers sammensætning ............................................................................ 13 5.1 Fibre ......................................................................................................................... 13 5.2 Fiberprodukter ........................................................................................................ 14 5.3 Matrixtyper.............................................................................................................. 14 5.4 Andre plasttyper ...................................................................................................... 15 5.5 Kernematerialer....................................................................................................... 15 5.6 Andre materialer ..................................................................................................... 15 5.7 Additiver .................................................................................................................. 16 Strategier for genanvendelse ........................................................................................... 17 6.1 Metoder og teknologier til neddeling ..................................................................... 18 6.2 Metoder og teknologier til oparbejdning af fibre ................................................... 18 6.3 Energiforbrug til neddeling...................................................................................... 18 6.4 Energiforbrug til transport ...................................................................................... 19 6.5 Etablering af anlæg .................................................................................................. 19 Mulige anvendelser af uforarbejdede sektioner.............................................................. 20 7.1 8 Barrierer for anvendelse.......................................................................................... 20 Mulige anvendelser af materialer fra termisk neddeling................................................. 21 2 8.2 Pyrolysegas som brændsel på kraftværk................................................................. 21 8.3 Pyrolysegas/-kondensat som flydende brændsel (til transport) ............................. 22 8.4 Pyrolysegas og -kondensat til andre anvendelser ................................................... 22 8.5 Karakterisering af rensede fibre .............................................................................. 22 8.6 Isolering ................................................................................................................... 23 8.7 Anden anvendelse af lange fibre ............................................................................. 23 9 Mulige anvendelser af materialer fra mekanisk neddeling ............................................. 24 9.1 Armering .................................................................................................................. 24 9.2 Nye kompositter ...................................................................................................... 24 9.3 Filtre......................................................................................................................... 24 9.4 Filler ......................................................................................................................... 25 9.5 Rest til forbrænding (piller) ..................................................................................... 25 10 Potentiale for mulige anvendelser .............................................................................. 26 10.1 Hvilke materialer vil blive erstattet i praksis, og hvordan ser deres LCA ud? ......... 26 10.2 Hvor store mængder af de forskellige materialer kan afsættes aktuelt og på sigt . 26 11 LCA beregninger .......................................................................................................... 27 11.1 LCA af deponering ................................................................................................... 27 11.2 LCA af konkret case ................................................................................................. 27 11.3 Fuld LCA for genanvendelse af kompositmaterialer ............................................... 27 12 Brancheorganisationer etc. ......................................................................................... 28 12.1 Plastindustrien ......................................................................................................... 28 12.2 Plast Center Danmark (PCD) .................................................................................... 28 12.3 Plastnet .................................................................................................................... 28 12.4 EuCIA........................................................................................................................ 28 12.5 ECRC......................................................................................................................... 29 13 Links ............................................................................................................................. 29 14 Litteraturliste ............................................................................................................... 30 3 2 Indledning Denne rapport er det første produkt af FORCE Technologys arbejde med plastkompositters miljøforhold. Afdelingen for Anvendt Miljøvurdering har udført arbejdet og skrevet rapporten for resultatkontraktmidler. Rapporten giver et kort overblik over status og perspektiver for genanvendelse af kompositmaterialer på både nationalt, regionalt og globalt plan. Endvidere beskriver rapporten overordnet de miljøgevinster (og miljøbelastninger), der er knyttet til forskellige former for genanvendelse, og der fremkommer herved et første billede af de samlede fordele ved at genanvende kompositaffald. Rapporten fokuserer primært på miljøforhold forbundet med bortskaffelse og en eventuel genanvendelse af vindmøllevinger, da mængden af kompositskrot fra både produktion af vindmøllevinger og fra udfasning af gamle møller vil være stærkt stigende i fremtiden, som det ses på nedenstående figur. Kompositskrottet udgør en potentiel ressource, der kan udnyttes bedre end i dag, hvor vingerne primært deponeres efter endt anvendelse. Figur 1 Forventet mængde vindmølleblade til bortskaffelse, ton/år (Albers, et al. 2009, Larsen 2009) 1. Det er også relevant at vurdere andre kompositmaterialer i forhold til de miljøpåvirkninger forskellige ”end of life”-scenarier medfører. Det kan f.eks. være affaldscontainere, både, transparente tagplader, tagbokse, bildele, campingvogne og campingtrailere (Lassen og Jensen 2002). I afsnit 5 findes en gennemgang af de mest almindelige materialer til fremstilling af kompositter. 1 Data stammer fra WindEnergy-Study 2006; fk-wind Datenbank 4 3 Formål med at øge genanvendelsen af kompositmaterialer Både i Danmark og i mange andre lande forventes en kraftigt stigende mængde af kompositaffald, der skal bortskaffes/håndteres. Affaldet kan til den tid enten deponeres som hidtil, i det omfang det stadig er lovligt, eller genanvendes mere eller mindre hensigtsmæssigt. Formålet med at øge genanvendelsen er dels at reducere behovet for plads til deponering og dels at udnytte potentielt værdifulde materialer og energiindhold bedst muligt. Det vurderes, at der på kort sigt (100 år) ikke er nogen nævneværdige miljøproblemer ved at deponere kompositmaterialer, udover at de optager plads på deponier (Hansen et al., 2004). Flere steder i verden imødeses stigende krav til, hvilke materialer der må deponeres. Således har der været forbud mod at deponere kompositmaterialer i Tyskland siden 2005, idet kompositter karakteriseres som brændbart materiale. Det samme gør sig gældende i Danmark, og den relativt lille mængde kompositmateriale, der hidtil er bortskaffet, må antages at være midlertidigt deponeret med henblik på fremtidig genanvendelse eller energiudnyttelse. Der er dog ikke lavet en nærmere analyse af den nuværende situation. Specielt i vindmølleindustrien er der (unavngivne) producenter, som ønsker at kunne redegøre for genanvendelsen af deres produkter, og som ønsker at være proaktive og tilbyde/garantere muligheden for genanvendelse uanset økonomi etc. Det kan også forventes, at fremtidens købere af vindkraft vil stille krav om, at der sker en genanvendelse af møllerne. På denne baggrund vil der kunne opbygges en eller flere vertikalt integrerede 2 industrier omkring genanvendelsen, og det kan føre til eksport af genvundne materialer, teknologi, systemer og rådgivning etc. 2 Hermed menes en kæde af aktører fra skrotning af anlæg og indsamling af skrot, gennem neddeling og oparbejdning af råvarer, og frem til fremstilling og markedsføring af færdige produkter. Hvis det er økonomisk og miljømæssigt attraktivt at udnytte forskellige strategier for genanvendelse, kan det tænkes, at der kan opstå forskelligartede parallelle behandlingssystemer. 5 4 Potentiale for indsamling og behandling af kompositter Det vurderes, at volumen af kompositaffald endnu ikke er stort nok til, at det er rentabelt at investere i anlæg og andre tiltag til genanvendelse af kompositter i stor skala, men det vil formentlig ændre sig gradvist efterhånden som mængderne øges dramatisk og reguleringen eventuelt ændres (Larsen 2009, Grove-Nilsen 2010). 4.1 Eksisterende genanvendelse 4.1.1 Forbrænding sammen med affald Der finder allerede en del bortskaffelse sted på almindelige affaldsforbrændingsanlæg, men det er primært affald fra diffuse kilder. Se afsnit 4.6.1. 4.1.2 Forbrænding i cementovne En forholdsvis ukompliceret måde at udnytte både energiindholdet i polymeren og glasset i fibrene, er, at benytte kompositmaterialer som tilsatsfyring i roterovne på cementfabrikker. Kompositmaterialer, der er neddelt til håndstore stykker, kan indfyres i rotérovne på cementfabrikker og derved bidrage til energiforbruget. Samtidig vil fibrene smelte sammen med de øvrige ingredienser til cementklinker . Efter klinkerne er blevet malet vil glasset agere som mikrofiller . Bortset fra at kompositten skal neddeles til små stykker på 2 – 3 cm i diameter, så de kan blæses ind, anses denne anvendelse for at være relativt uproblematisk, men der er ikke fundet oplysninger om, at den praktiseres på kommercielle vilkår nogen steder. Man skal dog være opmærksom på, at cementindustrien traditionelt stiller krav om, at indfyrede materialer skal være ensartede og velkarakteriserede. 4.1.3 Seawolf Design, Inc. Det amerikanske firma Seawolf Design, Inc. har udviklet og markedsfører et system, der gør det muligt at genanvende mekanisk neddelt komposit i nye konstruktioner ved hjælp af en såkaldt ”spray up metode”. Kernen i systemet er en speciel mølle, der angiveligt kan knuse kompositten uden at ødelægge fibrene. Der markedsføres fire forskellige modeller fra 6”/7,5 HK til 24”/40 HK, som skulle kunne behandle mellem 200 og 800 kg/timen. Metoden er beregnet til bådebygning, swimmingpools, spabade etc. og er både egnet til udnyttelse af kundernes eget produktionsaffald (post production waste) og egentlig kompositskrot. Det ser dog ikke ud til, at konceptet har vundet større udbredelse. http://www.gogreenfrp.com/index.html 4.2 Kortlægning af potentialet for genanvendelige kompositter Der findes mange produkter af kompositter med meget varierende sammensætning, kompleksitet og tilstand. Det er ikke sikkert, at alle kompositter kan genanvendes, og de der kan, skal sandsynligvis behandles forskelligt og på forskellige steder. 6 4.3 National lovgivning og regulering (krav, afgifter og incitamenter) Umiddelbart er der ikke økonomi i at genanvende kompositmaterialer. For at øge genanvendelsen kan det derfor være nødvendigt, at der enten pålægges en signifikant afgift ved deponering, eller der etableres et egentligt forbud herimod. Der vil formentlig opstå en handel med kompositskrot imellem forskellige lande hvis der er forskelle i hvordan materialerne defineres i affaldsmæssig sammenhæng, og i niveauet for håndhævning af kravene til håndtering af materialerne (Kristensen 2010, Grove-Nilsen 2010). Det er derfor væsentligt at se på, hvordan lovgivning og regulering formuleres og implementeres i forskellige lande. 4.3.1 EU EU-parlamentet og ministerrådet har i juni 2008 vedtaget et nyt affaldsdirektiv 2008/98/EF, som skal implementeres i alle EU-lande. Det må formodes, at det på sigt vil føre til, at der vil gælde de samme overordnede regler i alle EU-lande, men der kan stadig forekomme forskelle i afgiftssatser, forvaltning af CO2-forpligtigelser, etc. I EU er der flere andre initiativer, der spiller ind (www.netcomposites.com/newspic.asp?2323): • ”Landfill Directive1999/31/EC states that, landfills with composites waste will be forbidden by most EU member states at the end of 2004.” Idet kompositmaterialer defineres som brændbart affald. (Se også: http://ec.europa.eu/environment/waste/landfill_index.htm) • ”End-of-Life-Vehicles directive 2000/53/EC will begin in 2005; it has set strong objectives on the level of reuse and guidelines for all suppliers involved in the life cycle. (Se også http://ec.europa.eu/environment/waste/elv_index.htm) • “Waste of Electrical and Electronic Equipment directive 2002/96/EC focuses on avoiding production waste and sets recycling targets for all suppliers involved in the life cycle”. (Se også http://ec.europa.eu/environment/waste/weee/index_en.htm) En anden faktor på EU-niveau, der kan få betydning, er, at der muligvis introduceres en antidumpningsafgift på glasfibre importeret fra Kina (på 43 %). Det vil angiveligt få negative konsekvenser for komposit branchen, men vil alt andet lige også øge værdien af genvundne glasfibre. (http://www.eucia.org/publications/news) I hvert fald i Danmark, Tyskland, England, Holland, Spanien, Sverige samt Norge har der været udført forsøg og studier med henblik på at fremme genanvendelsen af kompositmateriale, men der er andre lande hvor mængderne af kompositskrot ikke udgør et presserende problem. 7 4.3.2 Danmark I Danmark har der i mange år eksisteret et affaldshierarki, der indebærer følgende prioriterede rækkefølge af muligheder: 1) Undgå produktion af affald, 2) genbrug 3) genanvendelse, 3a) Affaldsforbrænding med energiudnyttelse og 4) deponering. Folketinget har i 2008 vedtaget en ny affaldsbekendtgørelse i form af Affaldsstrategi 2009-12 (Miljøstyrelsen 2009), og Affaldsstrategi ’10 (Miljøstyrelsen 2010) er ved at blive udmøntet, bl.a. hvad angår krav og priser og muligheden for at eksportere kompositmateriale som brændbart affald. Miljøstyrelsen er således ved at opdatere hjemmesiden på dette område. Udmøntningen og forvaltningen af affaldsbekendtgørelsen er i en vis grad overladt til kommunerne jf. § 17.1. Bl.a. kan de definere eller ”eksemplificere”, hvad der regnes som forbrændingsegnet affald 3. Der er søgt en afklaring hos Miljøstyrelsen 4 af, hvordan grænsehandel mellem kommuner, (EU)lande og regioner skal håndteres, og for om der kan gælde forskellige regler for forskellige typer eller kilder til kompositaffald. Ifølge Miljøstyrelsen (Miljøstyrelsen 2010) er der planer om at foretage en ressourcestrømsanalyse af shredderaffald, vindmøllevinger, røggasrestprodukter og andet affald til deponier, det biologiske kredsløb, træaffald, og fosfor, med henblik på at kunne træffe strategiske beslutninger om krav til behandlings af de respektive ressourcestrømme. Og ”det er samtidig nødvendigt for at kunne opstille de reguleringsmæssige rammer og krav, der kan løfte den teknologiske udvikling i en mere miljøvenlig retning. Ressourcestrømsanalyser er derfor et godt grundlag efterfølgende at træffe strategiske beslutninger på.” (Miljøstyrelsen 2010, 44). Der er stor usikkerhed om behovet for fremtidig deponeringskapacitet i Danmark pga. uvished omkring effekten af forskellige nye initiativer. Bl.a. ”stigningen i affaldsafgift på deponering fra 375 kr. til 475 kr. pr. ton, konsekvenserne af initiativerne om nye behandlings-teknologier for shredderaffald, vindmøllevinger…” (Miljøstyrelsen 2010) Implementeringen af affaldsdirektivet lukker op for øget konkurrence på affaldsområdet og lempelser for handel med affald mellem EU-landene. Sammen med forskelle i klassificering af affaldsfraktioner og forbrændingsanlæg og forskelle i afgiftssatser, forventes det at føre til øget handel med især brændbart affald, hvilket vurderes at blive et problem for en række danske forbrændingsanlæg. http://ing.dk/artikel/112321-analyse-danske-afgifterskaevvrider-konkurrence Under de rette omstændigheder er det meste kompositmateriale egnet til forbrænding med energiudnyttelse, så det må også forventes, at der vil forekomme international handel med kompositskrot. Det betyder, at det bliver vanskeligere at vurdere hvor store mængder der vil være til rådighed og hvad priserne vil blive. Denne usikkerhed kan blive en barriere for 3 Jvf. Affaldsbekendtgørelsen § 3, nr. 23 4 Mathias Vestergaard, MST 8 investeringer i udvikling af processer og etablering af behandlingsanlæg. Omvendt vil det blive nemmere at skaffe den ønskede mængde, hvis der udvikles processer og produkter, der er konkurrencedygtig med konkurrerende behandlingsmetoder. 1. september 2010 har Miljøstyrelsen åbnet en hjemmesidebaseret database for indberetning og udveksling af oplysninger om produktion, transport, behandling aftag etc. af større mængder affald (https://www.affaldsregister.mst.dk/). Et sådant redskab kan potentielt vise sig at være meget nyttigt i forhold til at øge myndighedernes kendskab til mængder og distribution af kompositskrot, fremme innovation i branchen og derigennem øge genanvendelsen af kompositter. Hjemmesiden indeholder ingen information, men blot et søgeværktøj og et loginfelt. Det er muligt at vælge mellem 20 forskellige affaldsfraktioner, men umiddelbart er det ikke muligt at søge på kompositskrot. En virksomhed, der logger sig ind, har dog formentlig flere valgmuligheder og adgang til mere information. 4.3.3 Tyskland Tyskland er i den givne sammenhæng interessant, da det ud over at være et naboland også er et land med mange vindmøller og bil-, fly- og vindmølleindustri etc. Derudover har Tyskland tradition for en stram regulering af affaldsområdet. Tyskland har haft et forbud mod deponering af kompositter med virkning fra 1. juni 2005 med begrundelse i, at kompositmaterialerne har et indhold af organisk (brændbart) materiale, der er højere end 5 % (Brahms, et al. 2006). Det har betydet, at en del vinger ender på forbrændingsanlæg, andre bliver ”midlertidig” oplagret til genbrug på tilsvarende møller eller til vilkårene for genanvendelse ændrer sig (Albers, et al. 2009). Ifølge den tyske affaldslov ”KrW-/AbfG” vil det stadig være tilladt, at deponere affaldet, hvis det kan dokumenteres, at det er den mest miljøvenlige løsning (Justiz 1994). Affaldsloven tager ikke højde for, at kompositmaterialer er ”inert” og ikke fører til udvaskning af nedbrydningsprodukter (Albers, et al. 2009). Ved et energiindhold på over 11 MJ/kg og ved et lavt niveau af forurenende stoffer (klor og brom), må kompositten sælges på det internationale marked for affald. Hvis energiindholdet er lavere, skal skrottet behandles som affald lokalt (Brahms, et al. 2006). 4.3.4 USA Der er ikke fundet oplysninger om affaldsbehandling i USA. Der er sandsynligvis ikke nogen generelle retningslinjer eller begrænsninger på området. Dette område skal undersøges videre i udviklingen af denne rapport. I (Bartholomew 2004) er der oplistet forskellige forsøg og rapporter fra USA. Det drejer sig primært om projekter baseret på mekanisk neddeling, men ingen af projekterne ser ud til at have ført til kommerciel udnyttelse. Rapporten kan dog formentlig bruges til at spore oplysninger om regulering. 9 4.4 Geografisk fordeling (fokus på Danmark første år) Der er flere forskellige kilder og prognoser, som søger at kvantificere mængden af kompositmateriale, der kan forventes at blive skrottet helt frem til 2034, men nogle opgør kun mængden af vindmøllevinger, og andre opgørelser er kun på landeniveau. Da transporten af kompositten er både dyr og omstændelig, kan det vise sig at være mere relevant at se på densiteten af kompositskrot (ton skrot/km2), hvis der skal lokaliseres og opstilles anlæg til behandling eller placeringer til deponi. 4.5 Prognose I flere lande føres der registre over opstillede vindmøller, som bl.a. inkluderer data om størrelse og alder. Eksempelvis den danske energistyrelses stamdataregister for vindmøller 5 eller den tyske rådgivningsvirksomhed DEWI (Albers, et al. 2009). I en rapport (Lassen og Jensen 2002) redegøres der systematisk for den mængde kompositmaterialer, der er taget i brug i Danmark, og for den mængde kompositmaterialer, der forventes skrottet i frem til 2020. Der er taget udgangspunkt i forbruget af råvarer ved produktion i alle relevante sektorer/brancher og for udveksling af kompositvarer med andre lande. Rapporten giver et godt overblik over den akkumulerede mængde af kompositmaterialer, der er i brug i Danmark og giver en god indikation af, hvor store mængder skrot der er behov for at behandle eller deponere (midlertidigt) over tid. Rapporten bemærker, at det undervejs vil være en fordel, hvis myndighederne følger med i udviklingen på området og på forskellig vis stimulerer den, f.eks. ved at udbygge videngrundlaget og etablere eller udvide indsamlingsordninger. Denne information er sammen med faktorer som udviklingen i regulering, priser, afgifter og teknologi afgørende for, hvornår private aktører vil finde det attraktivt at investere i anlæg til neddeling og oparbejdning af kompositmaterialer, godkendelser, test, markedsmodning mm. Rapporten indeholder nedenstående graf, der viser en middel prognose for kompositskrot. 5 http://www.ens.dk/daDK/Info/TalOgKort/Statistik_og_noegletal/Oversigt_over_energisektoren/Stamdataregister_vindmoel ler/Sider/forside.aspx 10 Figur 2 Forventet mængde kompositter til bortskaffelse i Danmark frem til 2020, ton/år Det vurderes dog, at det er meget vanskeligt at lave en langsigtet prognose på landsplan, idet der i praksis eksporteres en stor mængde nedtagne vindmøllevinger fra fungerende vindmøller 6, og der i dag indenfor EU er mulighed for handel og transport med forskellige former for affald og affaldsprodukter 7. 4.6 Fordeling på type og kvalitet Der er stor forskel på sammensætning og størrelse af de kompositelementer, der vil blive skrottet, og der er stor forskel på, hvordan de er distribueret geografisk, og hvordan de vil blive håndteret. Man kan dele kilderne op, som det er gjort i det følgende. 4.6.1 Diffuse kilder Dagrenovation og storskrald indeholder mindre uspecificerede kompositdele, der som regel er en del af andre produkter På grund af den store geografiske og produktmæssige spredning vil der være en jævn strøm af heterogene kompositmaterialer, som vil være vanskelige at frasortere. Denne fraktion vil typisk blive forbrændt sammen med det øvrige affald, hvor glasset vil smelte og blive en del af slaggen. 4.6.2 Distribuerede kilder med heterogent skrot 6 Der har været to politisk motiverede skrotningsordninger for vindmøller i Danmark, som forventes at føre til nedtagning af i alt 175 MW. Den første, fra 2004, gjaldt for møller under 100 kW og den sidste, fra 2008, gælder for møller på under 450 kW effekt og udløber december 2011. 7 Det kan f.eks. ske gennem en virksomhed som Combineering i Birkerød. Virksomheden formidler mange former for affaldstyper mellem forskellige typer af virksomheder i EU og globalt. Det kan f.eks. dreje sig om udnyttelse til foderstoffer, gødning, energi, fyldstoffer etc. 11 Der findes en række forskelligartede nedrivningsfirmaer, affaldsbehandlere og genbrugspladser, der indsamler forholdsvis store og jævne mængder skrot af blandet herkomst, heriblandt sejlbåde, containere, mindre mængder vindmøllevinger, siloer, rør etc. 4.6.3 Koncentrerede kilder med homogent skrot Med tiden vil der fremkomme ujævnt store, men dog forudsigelige, mængder af veldefineret kompositskrot fra vindmølleparker, og potentielt også fra producenter, der måtte etablere en indsamlingsordning for deres egne kasserede produkter. Ved behandling af store mængder af ensartede vindmøllevinger og andre komponenter, vil det være oplagt at fremskaffe dokumentation for sammensætningen, eventuelt ved at undersøge sammensætningen ved diverse tests. Herved vil det blive muligt, at frembringe nogle mere homogene og deklarerede materialefraktioner. Det gør det også mere attraktivt og sandsynligt at genbruge dele af vingerne til andre formål. De tidligste vinger blev lavet af samme materialer og med samme metoder som f.eks. sejlbåde. Men moderne vindmøllevinger er mere komplekse, og er sammensat af mange forskellige materialer, hvilket potentielt kan gøre dem vanskeligere at genanvende. For vindmøllevinger har der også været en stadig udvikling mod et mindre matrix- og et højere fiberindhold (Grove-Nilsen 2010), og det må derfor forventes, at polymerindholdet i vindmøllevinger vil aftage med tiden. 4.6.4 Produktionsaffald I forbindelse med fremstilling af kompositemner eller konstruktioner, er der uundgåeligt at der dannes affald i form af kasserede rester og afskær fra indkøring af ekstruderings- og pultruderingslinjer, kasserede produkter etc. Ved fremstilling af vindmøllevinger kan spildet være helt op til 30 %, ifølge Dorte Mundt fra Vestas (pers. komm.). Det er dog ikke nærmere angivet, hvordan spildet er fordelt på forskellige materialer, men det er formentlig forholdsvis homogent og velspecificeret og vil derfor være relativt nemt at genanvende til andre produkter. En del af det kasserede materiale er rester af ”prepregs”, som indeholder uhærdet polyester. Disse rester er nok det mest attraktive valg til genanvendelse, idet materialet stadig er formbart og har den fulde styrke, forudsat stykkerne ikke er for små. Barsmark A/S aftager således en del af dette produktionsaffald fra én af Vestas’ vingefabrikker, og bruger det til at lave plader til forskellige konstruktioner. Alt andet lige vil det være nemmest og mest profitabelt at genanvende kompositskrot direkte fra produktionen. 12 5 Kompositmaterialers sammensætning Kompositmaterialer består per definition af mindst to forskellige materialer med forskellige egenskaber. I denne sammenhæng er der tale om en fiberfraktion, der har stor trækstyrke, og en matrix fraktion, der har forholdsvis stor trykstyrke og en god vedhæftning til fibrene, så fibrene holdes sammen under belastning. Mere komplicerede kompositter kan yderligere bestå af et overfladelag (topcoat), et kernemateriale eller et isoleringsmateriale. Kompositmaterialer kan også være bygget op som et laminat bestående af flere præfabrikerede folier med forskelligartede egenskaber. 5.1 Fibre 5.1.1 Glasfibre Den rene glasfiber er den mest forudsigelige fraktion af kompositmaterialerne. Der findes en række forskellige glastyper hvoraf E-glas, D-glas, R-glas, AR-glas og C-glas er de mest almindelige. Der er forskelle i densitet, trækstyrke og smeltepunkt og diameteren på glasfibre varierer typisk mellem 10 -25 μm. De uforarbejdede fibre er i teorien endeløse. Den mest anvendte type er E-glas, der består af alumino-borosilicate glas med mindre end 1 vægt % alkali oxider, men R-glas er værd at nævne, idet det tåler temperaturer op til 600 °C, før det begynder at miste styrke 8. Derved kan det muligvis tåle at blive udsat for pyrolyse, uden at miste for meget styrke til at kunne genanvendes i nye kompositmaterialer. Der er ikke fundet nogen oplysninger om, at glastypen har haft betydning i forbindelse med de hidtidige forsøg med genanvendelsen, så det er på nuværende tidspunkt næppe nødvendigt at skelne mellem forskellige typer af glasfibre i forbindelse med oparbejdningen. Hvis der opstår behov for det, vil det være muligt at fastslå diameteren af fibrene og hvis der er bevaret dokumentation for, hvilke materialer der er anvendt i en given konstruktion, vil det således være muligt at dokumentere flere af de oparbejdede fibres egenskaber. 5.1.2 Sizing Straks efter fiberen er trukket ud af dyssen, mens den stadig er varm, vil den som regel blive påført en såkaldt size eller sizing, som har til formål at bedre vedhæftning (friktion) mellem glas og matrix, beskytte fiberen i forbindelse med mekanisk håndtering, sammenhæftning af små bundter af fibre etc. Der er stor forskel på sammensætningen af sizingen afhængigt af, hvad fiberen skal bruges til. Som regel er silaner 9 den væsentligste bestanddel. 5.1.3 Kulfiber Kulfiber har hidtil kun været anvendt i begrænset omfang i Danmark, idet det er meget dyrt at fremstille og vanskeligt at arbejde med, men vindmølleindustrien benytter det i stigende 8 http://www.monofiber.dk/archive/Datablade/Tips%20og%20raad/sammenligning_af_glastyper.pdf 9 forbindelser mellem silicium og hydrogen med den generelle formel SinH2n+2, hvor n er mellem 1 og 6 13 omfang, idet det er både lettere og stærkere end glasfibre. I de nyeste vinger fra Vestas indgår der således et ton kulfiber ud af en samlet vægt på ca. 7 ton.. Kulfiber har den positive egenskab, at det kan tåle højere temperaturer, og det gør det nemmere at genanvende end glasfibre, idet fibrenes styrke kun svækkes marginalt ved en pyrolysering. Kulfiber kan dog være problematisk, hvis fibrene ender op i et forbrændingsanlæg. Her kan de give problemer med kortslutning af elektrofiltre til røggasrensning med mangelfuld rensning af røgen til følge eller direkte ødelægge dem (Grove-Nielsen 2001). 5.1.4 Plastfibre Kompositter kan også være forstærket med fibre af aramid (kevlar), polyester o. lign. Disse materialer vil i en vis udstrækning kunne genanvendes på linje med de øvrige kompositter, og de vil kunne forbrændes fuldstændigt på et passende forbrændingsanlæg, men det ligger udenfor rammerne af nærværende studie at analysere dette nærmere. 5.2 Fiberprodukter De endeløse fibre vil typisk blive videreforarbejdet til nedenstående halvfabrikata, før de indgår i færdige produkter. 5.2.1 Løse fibre Korte løse fibre 1-100 mm, der blandes i forskellige produkter før støbning eller fibre, der sprøjtes på en overflade sammen med en polymer. 5.2.2 Filt Løse fibre kan filtes sammen til en måtte, hvor fibrene er orienteret i et tilfældigt mønster og holdes sammen af et bindemiddel. 5.2.3 Vævede måtter Fibrene kan væves eller organiseres i forskellig kompleksitet, så de bliver til måtter med meget forskellige egenskaber. Der kan være to eller fire akser i vævningen. Derudover væves og snos tove og bånd, som især benyttes til forstærkninger eller vikling af emner som master, rør, aksler, tanke etc. 5.2.4 Prepreg De forskellige typer af måtter kan videreforarbejdes til prepregs, hvor måtten bliver gennemvædet med en termohærdende polymer og dækkes af en plastfolie, der trækkes af i forbindelse med oplægningen og før hærdning. 5.3 Matrixtyper Matrix i hærdeplast består af en polymer, der enten kan hærdes ved opvarmning, med ultraviolet lys eller ved tilsætning af en hærder. Matrixen vælges ud fra hensyn til pris, viskositet, arbejdsmiljø, holdbarhed, hærdetid, densitet 10 etc. I de gennemgåede materiale har der kun været ét tilfælde, hvor der kun 10 Densiteten af forskellige plasttyper kan findes her: http://www.plasticsusa.com/specgrav2.html 14 benyttes polyester, men det er i forbindelse med en kemisk proces, som ikke bliver undersøgt nærmere her (Sørensen 2010). Derfor vil der ikke blive skelnet imellem dem. 5.3.1 Polyester Umættet polyester anvendes primært til hærdeplast og er traditionelt den mest udbredte polymer hertil (Lassen og Jensen 2002). 5.3.2 Epoxy Epoxy benyttes i stigende omfang til kompositter ved imprægnering af prepregs. Epoxy bruges også til andre formål end hærdeplast (Lassen og Jensen 2002). 5.3.3 Phenolplast Phenolplast bruges mest til specielle formål, hvor der er særlige krav til temperatur, slidstyrke, kemisk resistens etc. F.eks. til bakelit. 5.4 Andre plasttyper Der er en række andre plasttyper der bliver anvendt til kompositter, heriblandt termoplast, og der forskes til stadighed i at finde nye materialer og kombinationer heraf, men de vil ikke blive behandlet nærmere. 5.5 Kernematerialer En komposit er et materiale, der er sammensat af mindst to materialer. Hvis der tilføjes et tredje let kernemateriale mellem to kompositlag, bliver det til en sandwich-konstruktion, som har langt større stivhed i forhold til vægten, end et massivt kompositmateriale. Kernematerialet adskiller sig funktionelt og kemisk fra polymer og fibre. Det skal være let, stift, inaktivt og have god vedhæftning til polymeren. Selvom kernemateriale udgør en meget lille del af vægten af en konstruktion, kan det udgøre et problem i forbindelse med genanvendelse, da det er vanskeligt at adskille fra kompositten. Det er i formodentligt ikke realistisk at genanvende kernemateriale som sådan, men i mange tilfælde vil det kunne tolereres i mindre mængder i kompositgranulat. 5.5.1 Balsatræ Balsatræ er meget benyttet som kernematerialer til vindmøllevinger. Træet er ikke muligt at genanvende udover energiindholdet ved pyrolyse eller forbrænding. Der er ikke miljøproblemer med balsatræ fra plantager, udover energiforbrug til blandt andet transport og tørring (www.en.wikipedia.org/wiki/Ochroma_pyramidale), men man bør naturligvis sikre, at produktionen er bæredygtig, f.eks. gennem en FSC certificering. 5.5.2 PVC-skum PVC er generelt uønsket i forbrændingsanlæg og i en del andre processer, specielt fordi klorindholdet kan føre til dannelse af HCl i røggasserne, og dermed også til dannelse af store mængder affald i form af røggasrensningsprodukter. 5.6 Andre materialer Med andre materialer menes materialer, der er indlejret i et kompositemne uden direkte at være en del heraf. Eksempel er overfladebehandling, beslag, ankre, bolte, lynafleder og isoleringsskum. I (Grove-Nielsen 2001) er der en lang liste over materialer der kan 15 forekomme i kompositmaterialer, og det er angivet hvorvidt de forgasses eller bevares. Der er også spørgsmålstegn ved en række materialer, der enten er problematiske, eller hvis skæbne er uvis. Materialerne vil kun blive redegjort for i det omfang de udgør en væsentlig ressource, eller udgør et problem i forhold til behandling af kompositterne. 5.6.1 Metaller Metaller anvendes f.eks. som lynafledere i vinger og beslag. De fleste metaller vil være relativt nemme at udskille fra kompositmaterialet, hvorefter de kan genanvendes. Det gælder især kobber og rustfrit stål, som har en høj økonomisk værdi. 5.6.2 Top-/Gelcoat Overfladebehandlingen af en kompositkonstruktion vil som regel være baseret på samme polymer, som den matrix den beskytter. Dog vil den ofte være tilsat farvestof og forstærkende fillermateriale. Overfladebehandlingen vil sjældent udgøre et problem ved genanvendelse. 5.6.3 Isolering Til blandt andet kølecontainere vil der ofte indgå en isolerende kerne eller belægning af opskummet plast, som kan være mange forskellige typer. Isoleringsmaterialet vil næppe være rentabelt at genanvende, men kan indgå i forbrændingsprocesser og måske andre anvendelser. 5.7 Additiver Polymeren i matrix og gelcoat er tilsat en række hjælpestoffer, der bevares i kompositten. Hvilke hjælpestoffer, der anvendes, vil være afhængigt af matrixens basispolymerer. Til polyester, der er den mest benyttede polymer, anvendes ofte stabilisatorer og inhibitorer, initiatorer og acceleratorer. tiksotroperingsmidler, styrenfordampningshæmmende additiver, brand hæmmere, farver og pigmenter samt fyldstoffer som kridt, ler, kvarts, grafit eller korund . I relation til denne rapports hovedemne - bortskaffelse af kompositmaterialerne - er brandhæmmerne af særlig betydning. Brandhæmmere indeholdende klor eller brom er på grund af mulighederne for dannelse af dioxiner generelt uønskede i affaldsforbrændingsanlæg og ved andre former for termisk affaldsbehandling. I relation til dioxindannelsen er det formentlig af mindre betydning, om brom eller klor er indbygget i selve polyesterresinen eller tilsat som hjælpestof (Lassen og Jensen 2002). 16 6 Strategier for genanvendelse Der findes en række eksisterende og potentielle strategier for at neddele og genanvende kompositmaterialer. De væsentligste vil blive gennemgået i det følgende. Nedenstående figur illustrerer de vigtigste veje til genanvendelse af kompositmaterialer. Oprindelig konstruktion Neddeling Kompositdele til genbrug Oparbejdning Konntrol, overfladebehandling , tilpasning etc. Halvfabrikata Produkt Færdigt produkt/projekt Løse fibre 5 -50 mm og fibre til rowings etc. Fibre 5 - 100 mm Forstærkning af asfalt Mekanisk shredder , hammermølle etc Mikrofiber og filler indarbejdet i i plastgranulat som råvare Sortering, karekterisering etc. filler glas/matrix10 - 5000 µm Opskæring til transportable stykker Sorteres efter materialesammensætning Øget tryk og trækstyrke, mindre krympning og vandoptag Filler i maling, lak, fugemase Udnyttelse af pyrolysegas og kondensat El, varme og transportbrændstoffer etc. Isoleringsmateriale, filtre etc. Termisk Udnyttelse af fibre og filler mm. Solvolysis (kemisk) Behandles ikke i nærværende projekt Cementbrænding inkl. udnyttelse af glasindhold som mikrofiller Behandles ikke i nærværende projekt Fibre til nye kompositter etc. hvis styrken er bibeholdt Figur 3: Oversigt over de undersøgte strategier for genanvendelse. De stiplede ruter bliver ikke behandlet i nærværende undersøgelse. 17 6.1 Metoder og teknologier til neddeling Ved meget store emner som siloer, både og nyere vindmøllevinger, vil der være behov for en indledende grov neddeling. Dermed kan emnerne bedre håndteres med lettilgængeligt standardudstyr, og volumen af affaldet, og dermed transportarbejdet, kan reduceres. Traditionelt benyttes store hydrauliske sakse monteret på en gravemaskine. Det er forholdsvis energikrævende, giver irregulære fraktioner og forurener med støv, fibre og splinter af komposit. Derudover er der et stort slid på det anvendte skæreværktøj. Med tiden kunne et alternativ hertil i nogle tilfælde være at benytte et mobilt ”fiber laser” system 11, eller en simpel form for vandskæring 12. Hvis der findes information om, hvordan f.eks. en kompleks vindmøllevinge er produceret, vil det herved blive muligt at lave en grov kildesortering af materialerne. Og det vil være muligt at lave udskæringer, der kan genbruges 13 til andre formål, som beskrevet i afsnit 7. 6.2 Metoder og teknologier til oparbejdning af fibre Hvis fibrene fra de knuste kompositmaterialer skal anvendes i en sammenhæng, hvor deres styrke og vedhæftningsevne er afgørende, og når de samtidig skal være til at håndtere i en egentlig produktion, er det nødvendigt at oparbejde fibrene gennem f.eks. resizing, sortering, kartning, test og karakterisering af fibrene. Der praktiseres, så vidt vides, ikke nogen systematisk oparbejdning af fibre fra skrot i dag. Der har været gennemført en række projekter, hvor der er lavet forskellige forsøg med sortering i lille skala. Der er stor interesse og god økonomi i at genanvende kulfibre, så det vil formentlig være hertil, der først vil udvikles udstyr og metoder til oparbejdning af længere fibre, da det vil udvide deres anvendelsesområde og øge værdien af fibrene (Marsh 2009). 6.3 Energiforbrug til neddeling Ved forbrænding, evt. via pyrolyse, af kompositterne med henblik på energiproduktion er der et væsentligt potentiale for genvinding af energi. Potentialet skal dog vejes op mod den energi, der bruges til at håndtere kompositterne, dvs. at transportere dem og neddele dem, så de bliver egnede til forbrænding, og til den videre behandling af restprodukterne. Ved mekanisk neddeling af kompositterne er der ligeledes et transportbehov og dertil et yderligere energiforbrug til rensning og sortering og evt. videre oparbejdning. Under denne proces fremkommer der en del resinrester, der evt. kan afbrændes i en egnet kedel, men primært vil energiindholdet i de fremkomne materialer blive nyttiggjort i den udstrækning, de erstatter produktion af nye råvarer. 11 Ifølge Michel Honoré, FORCE Technology, er fiberlasere blevet meget effektive og transportable de senere år, så den vil muligvis kunne anvendes i en gondol til vingeinspektion. 12 Ifølge Steen Nielsen, FORCE Technology, er idéen god, bortset fra, at de eksisterende vandskæresystemer er store stationære anlæg med høje sikkerhedskrav. 13 I modsætning til genanvendelse. 18 6.4 Energiforbrug til transport Under alle omstændigheder har kompositmateriale en høj vægt i forhold til energiindholdet og har samtidig en lav densitet, især hvis det ikke er neddelt. Derfor er det væsentligt, at afstanden mellem den skrottede komposit og det anlæg, der skal behandle den, er så kort som mulig. Muligvis vil det mest rentable være at udvikle og anvende nogle modulære og mobile behandlingsanlæg, der kan flyttes rundt efter behov. Derved kan transportarbejdet minimeres og investeringen i anlægget udnyttes bedst muligt. 6.5 Etablering af anlæg Afhængig af hvilken genanvendelsesmetode, der fremover vil være den fremherskende, kan man forestille sig, at anlæg vil blive anskaffet - og drevet - af nedbrydningsfirmaer, vindmøllefabrikker, (halv)offentlige affaldsbehandlere eller måske firmaer, der selv anvender et eller flere af de udvundne materialer (opstrøms integration). 19 7 Mulige anvendelser af uforarbejdede sektioner Selvom en kompositkonstruktion ikke længere kan eller skal anvendes til sit oprindelige formål, vil den som regel stadig have bibeholdt væsentlige værdifulde egenskaber 14. Det er derfor nærliggende at undersøge, om der kan etableres en systematisk indsamling, forarbejdning og markedsføring af forskellige produkter, der helt eller delvist er baseret på ”delvis genbrug”. Eksempelvis kunne de tænkes at kunne anvendes til støjskærme, facadebeklædning (Barsmark), elementer til legepladser 15, lavineværn, pontoner til bølgekraft etc. 7.1 Barrierer for anvendelse Udover de grænser fantasien sætter for anvendelsen, er der på forskellige områder krav til godkendelse og dokumentation af et produkt, før det må bruges i den pågældende sammenhæng. Udover, at det er tids- og omkostningskrævende at få godkendt eller certificeret et produkt, så kan det i nogle tilfælde vise sig at være umuligt at opnå en godkendelse af produkter, der er baseret på genanvendte materialer og derfor ikke er af en homogen – høj, kvalitet. I (Halliwell 2006) er der en udmærket diskussion af diverse svagheder ved at benytte eksisterende konstruktioner til nye formål. 14 Vindmøllevinger bliver dog typisk slidte på den yderste del af forkanten, idet den møder diverse partikler i luften med en hastighed på op til 100 m/s ved vingetippen igennem mange år. 15 Her kan der dog, ifølge Klaus N. Madsen fra Kompan, være krav om, at der skal være en markeringsfarve indbygget i kompositten, som indikerer om den er slidt ned til et uacceptabelt niveau. 20 8 Mulige anvendelser af materialer fra termisk neddeling Der skelnes i denne forbindelse mellem traditionel pyrolyse og superkritiske processer. 8.1.1 Traditionel pyrolyse Pyrolyse (af græsk pyr "ild" og lysis "spalte") er en kemisk spaltning af et materiale ved hjælp af varme og uden tilførsel af ilt. (Wikipedia) Der er tidligere lavet forsøg med traditionel pyrolyse af dele af en vindmøllevinge. Bl.a. har Erik Grove-Nielsen, Refiber, haft gode resultater med at udnytte energiindholdet i kompositmaterialet, mens det har vist sig at være vanskeligt at udnytte de tilbageværende fibre til andet end isoleringsmåtter, idet deres trækstyrke er reduceret med 50 % og fibrenes ”sizing” er fordampet pga. den høje temperatur (op til 500 °C). 8.1.2 Superkritisk vådoxidation FORCE Technology 16 arbejder på eksperimentelt at udføre superkritisk vådoxidation på prøver af kompositmateriale. Processen foregår ved højt tryk og ved tilstedeværelse af vanddamp. Der er lavet to indledende forsøg med behandlingstid på henholdsvis 5 timer ved 325 °C og 1 time ved 350 °C. I begge tilfælde blev polymeren neddelt til ikke definerede gas og tjærefraktioner, og i sidstnævnte forsøg blev det muligt at adskille de enkelte fibre. Der er endnu ikke foretaget prøver af fibrenes styrke eller af den kemiske sammensætning af pyrolysegasser og kondensat. På et senere tidspunkt vil det blive afprøvet, om det er hensigtsmæssigt at benytte andre medier og katalysatorer som nitrogen, brint, kulilte etc. 8.1.3 Andre superkritiske processer Kompositfirmaet Reichhold (Norge) og Sintef (norsk forskningsinstitution) arbejder på en proces, der skal opløse polyester i findelt kompositaffald. Affaldet blandes i en reaktor med glykol og en katalysator, og under de ”rette omstændigheder” 17 vil der dannes glykolysat, bestående af hydroxyl-funktionelle oligoestere og oligostyren. Udbyttet varierer afhængigt af polyestertypen. Glykolysatet kan anvendes som erstatning for almindelig glykol i polyestersyntesen. Den herved fremkomne polyester er mørkere end udgangspunktet, men de mekaniske egenskaber er tilsvarende eller bedre (Sørensen 2010). 8.2 Pyrolysegas som brændsel på kraftværk Pyrolysegas kan umiddelbart anvendes som brændsel i de fleste typer og størrelser af kraftværker. I mindre skala vil det nok være mest relevant at anvende den i forbrændingsmotorer, som de kendes fra decentrale kraft-varmeværker. Men det vil også være ligetil at afbrænde den i kedelanlæg og givetvis også turbiner. På sigt vil det muligvis også være muligt at anvende brændslet i højtemperaturbrændselsceller evt. via en reformer. 16 Michael Pilgaard og Nanna Svendsen, polymerspecialister og Jens Henriksen, betonspecialist . 17 Der er ikke oplyst noget om tryk, temperatur eller behandlingstid. 21 8.3 Pyrolysegas/-kondensat som flydende brændsel (til transport) Gas og kondensat kan også ”modificeres”, så det kan anvendes som flydende brændstof, som der må formodes at blive forøget efterspørgsel efter i fremtiden. Denne anvendelse bør derfor sammenlignes med frembringelse af tilsvarende flydende brændsler frem for anvendelse i et stationært kraftværk, hvor der givetvis kan opnås en bedre udnyttelse af energiindholdet. 8.4 Pyrolysegas og -kondensat til andre anvendelser Hvis det er muligt at kontrollere pyrolyseprocessen og det kompositmateriale, der behandles, vil det teoretisk set være muligt at opsamle og raffinere den gas og kondensat, der kommer ud af processen, og lade det indgå i nye kemiske processer. Ved behandling af hærdet polyester og epoxy med forskellige superkritiske alkoholer fremkommer der mindre organiske molekyler, der primært består af phenoler (Marsh 2009). Disse phenoler kan enten omdannes til en form for brændstof, eller til nye råmaterialer gennem kemiske synteser. 8.5 Karakterisering af rensede fibre Ved de forsøg med pyrolyse af kompositter, der hidtil er udført (f.eks. Erik Grove Nielsen), har det vist sig, at glasfibrene mister en væsentlig del af deres trækstyrke pga. kærvdannelse (jf. Jens H.H. Henriksen, FORCE Technology) og ionbytning på overfladen af fiberen. Det skyldes, at fibrene har mistet deres sizing (overfladebehandling) pga. fordampning. Da sizingen er væk, er vedhæftningsevnen ydermere blevet stærkt reduceret, så fibrene kan ikke umiddelbart anvendes i nye kompositmaterialer. Tabel 1 nedenfor viser en oversigt over reduktionen i fiberstyrken ved de forsøg der har været foretaget med termisk neddeling, eller ”forbehandling”, som (Knudsen, et al. 1995) betegner det. Forsøg / °C 350 °C 400 °C 450 °C Re-fiber 550 °C 600 °C 50 % Knudsen, et al. 1995 30 % Do. pyrolyse 70 % ”Refibermetoden” 31-41 % Pickering 45 % FORCE Technology 500 °C ? ? Bemærkninger Re-fiber 22 % Kommunekemi 50 % 18 % Weibull-modulet Vådoxidation Tabel 1: Oversigt over reststyrke af fibre ved forskellige forsøg. Der er ikke taget hensyn til hvilken type glasfiber der er anvendt. Der findes kun sporadiske oplysninger om graden af fordampning af sizing. Der er udført forsøg med resizing på bådværftet KMT – Nord. Det har været muligt at genskabe en jævn fordeling af sizing på fibrene, men det har ikke umiddelbart ført til større styrke i de 22 prøveemner der er fremstillet af den resizede fibre. Den primære effekt har været, at resultaterne af testene viser, at der er blevet mindre spredning på styrken af de resizede emner (Knudsen, et al. 1995). Sidstnævnte forhold har dog en væsentlig betydning i forhold til dimensionering og godkendelse af et givent produkt. Det er muligt at fremstille nye emner (prototyper) af komposit ved håndoplægning, vakuuminfusion, rotationsstøbning, pultrudering etc. men der er behov for udvikling af metoder til bedre sortering, karakterisering, oparbejdning mm., før det er realistisk at benytte denne strategi til genanvendelse. Den beskedne styrke af genbrugte fibre i nye produkter skyldes en kombination af, at fibrene styrke er svækket, vedhæftningen til fiberen er forringet og håndteringen af materialerne er vanskeligere og betyder, at placeringen af fibrene bliver mere tilfældig. Der kommer luftbobler og materialerne gennemvædes ikke fuldstændigt (Knudsen, et al. 1995). 8.6 Isolering De lange afrensede fibre kan anvendes som glasuld til fremstilling af isoleringsbats eller isoleringsperler, hvor fibrene holdes sammen af en beskeden mængde polypropylen (GroveNielsen 2001). Der er dog ikke kommet nogen egentlig produktion i gang, og der er ingen erfaringer med markedets og myndighedernes reaktion på produktet. Hvis der opsamles en fraktion af rene glasfibre, vil de formentlig også kunne afsættes til f.eks. Isover, som kan smelte dem om til nye fibre sammen med andet glasskrot (jf. Erling Jessen, Isover). 8.7 Anden anvendelse af lange fibre Ved ”superkritisk” pyrolyse er det potentielt muligt at fjerne resinen uden at ødelægge fibrene og deres sizing. Dermed bliver det muligt at oparbejde fibrene ved kartning, spinding etc., så de kan anvendes til produktion af nye kompositter. Der er dog indtil videre ingen tilgængelig information herom, så det er ikke belyst yderligere i denne rapport. 23 9 Mulige anvendelser af materialer fra mekanisk neddeling Ved mekanisk neddeling fremkommer der mindre stykker komposit, der kan neddeles yderligere til fiberbundter af forskellig længde og tykkelse og til splinter og støv bestående af både fiberrester og resin. Problemet med disse fibre er, at de ikke er særligt lange, og derfor kun vanskeligt kan bruges til nye kompositter, hvor der som regel anvendes vævede måtter eller ”endeløse” baner af fibre. Til gengæld har fibrene bevaret deres sizing, og er dækket af et lag resin. Hermed har de en overflade, der er velegnet til at klæbe til flere andre materialer som ny resin, plast, beton, asfalt etc. 9.1 Armering 9.1.1 Asfalt I asfalt er der altid tilsat en stor mængde fyldstof og additiver afhængigt af den ønskede kvalitet til et konkret formål. Glasfibrene vil kunne tjene både som fyld og ved at tilføje øget styrke både statisk og dynamisk (temperaturvariationer). 9.1.2 Beton Glasfibre i beton kan tjene som fyldstof, se afsnit 9.4.1 og som et additiv, der kan forbedre ophærdningen af betonemner, men det kan ikke tjene som strukturel armering, da fibrene er for bløde/bøjelige i forhold til betonen. 9.1.3 Fiberplader Klassiske MDF- og spånplader kan med fordel tilsættes fibre for at øge stivheden og styrken af pladerne. Novopan har således vist interesse i at lave forsøg hermed (pers. komm. Henrik Skovbo, 2010). 9.1.4 Plast Både hærde- og termoplast kan i princippet godt forstærkes med glasfibre, men der er ikke mange forarbejdningsprocesser, hvor det er muligt. De mest oplagte teknikker er rotationsstøbning af større emner og sprøjtestøbning af mindre emner. 9.2 Nye kompositter På længere sigt, er det i princippet muligt at oparbejde fibrene til nye måtter eller væv, som kan bruges i automatiseret produktion. Men indtil videre vil det være mere relevant at se på fremstilling af forskellige manuelt fremstillede emner, hvor overfladens holdbarhed overfor klima, kemikalier, elektricitet etc. spiller en større rolle end de mekaniske egenskaber. 9.3 Filtre Korte og løse fibre (i modsætning til bundter af fibre) kan anvendes til forskellige typer af filtre til luft, olie, andre væsker, laboratorier etc 24 9.4 Filler Filler er et kompositmateriale, der er findelt mekanisk, typisk på en hammermølle, til en kornstørrelse på omkring 15 µm fordelt mellem 1 og 300 µm. Filleren vil umiddelbart være en tilfældig sammensat blanding af glas og polymer partikler. Men afhængigt af behov, vil det være muligt at separere og sortere partiklerne efter materiale og størrelse. 9.4.1 Beton Den engelske institution BeAware har foretaget en række forsøg med at tilsætte findelt kompositmateriale til forskellige typer beton. Forsøgene har vist, at det herved er muligt at opnå forøget trykstyrke, mindre krympning ved hærdning og reduceret vandoptagelse. 9.4.2 Plast Både hærde- og termoplast kan tilsættes glas og polymer filler, med henblik på at reducere forbrug af plastmateriale og for at øge slag- og slidstyrke af emnerne. 9.4.3 Maling, spartelmasse etc. Der anvendes i dag forskellige typer af fillere til lak og maling etc., og de kan givetvis erstattes med glas- eller polymerfiller. 9.5 Rest til forbrænding (piller) Rester af resin kan presses til piller, der kan bruges som brændsel i kraftværker og andre kedelanlæg. Af hensyn til transport og håndtering bør glasindholdet være mindst muligt, men under de rette omstændigheder vil glasset blive til slagge, som kan anvendes som filler i andre sammenhænge. 25 10 Potentiale for mulige anvendelser I de to foregående afsnit er det belyst, hvordan man potentielt/teoretisk kan anvende forskellige materialefraktioner fra kompositter. For at kunne kvantificere miljøforholdene ved en given strategi for neddeling, er det dog nødvendigt at afklare, hvordan materialerne vil blive anvendt i praksis, og hvilke andre materialer de substituerer. 10.1 Hvilke materialer vil blive erstattet i praksis, og hvordan ser deres LCA ud? Der er ikke mange eksempler på, at materialer fra genanvendelse af kompositter umiddelbart kan erstatte tilsvarende virgine råvarer. Der vil som regel være tale om et kvalitetstab, så i mange tilfælde vil der være behov for at kompensere herfor ved dimensioneringen af produktet . Der bliver dermed et merforbrug af det pågældende materiale og af øvrige materialer, der indgår i produktet. Enkelte undtagelser kan være pyrolysegas, der kan afbrændes på et kraftværk og fuldt ud erstatte andre brændsler inklusiv naturgas i forholdet Joule til Joule. Et andet eksempel er polyestermatriks, som det er muligt at nedbryde til en glykolforbindelse, som angiveligt har bedre egenskaber end den virgine (standard) glykol (Sørensen 2010). 10.2 Hvor store mængder af de forskellige materialer kan afsættes aktuelt og på sigt Der findes pt. ikke noget bud på, hvor store partier der kan afsættes af forskellige materialefraktioner, og i hvor høj grad materialernes kvaliteter vil blive udnyttet. Set i lyset af de store mængder kompositmaterialer, der bliver skrottet i de næste årtier, vil der formentlig kunne etableres forskellige konkurrerende genvindingssystemer. Bliver dette en realitet, vil det med tiden kunne øge graden af genanvendelse og/eller minimere den ”downcycling” eller degradering af materialerne, der umiddelbart er knyttet til de fleste former for genanvendelse. Virksomhederne vil i første omgang søge at udvide deres forretningsområde kvantitativt og kvalitativt for at opnå det største økonomiske udbytte, og nogle vil uden tvivl samtidig kunne se en fordel i, at stræbe efter det største miljømæssige hensyn. 26 11 LCA beregninger Det er ambitionen, at der på sigt i det nærværende projekt skal tilvejebringes LCA data for en række forskellige neddelings- og oparbejdningsprocesser, og for de materialer de potentielt, eller aktuelt, erstatter. Herved kan der på sigt sammensættes en LCA for flere af de strategier og anvendelser, der er illustreret i Figur 3, men der er endnu ikke tilvejebragt tilstrækkeligt med data og anden information, til at det er muligt. 11.1 LCA af deponering For at kunne identificere den bedste strategi, miljømæssigt set, for håndtering af kompositskrot, er det nødvendigt at kende miljøforholdene ved den nuværende håndtering af komposit. Da der ikke er noget nævneværdigt miljøproblem hermed, isoleret set, kan det ikke udelukkes, at det er den mest hensigtsmæssige strategi. Hansen et al. (2004) beskriver de mulige konsekvenser af deponering af en række materialer på et moderne deponi, på både kort og langt sigt, og der er ikke noget i den rapport der indikerer, at der skulle være specielle problemer knyttet til deponering af kompositmaterialer. 11.2 LCA af konkret case Der er pt. ingen aktuelle eksempler på genanvendelse. Refiber er nok det bedste historiske eksempel, hvor der er foretaget et begrænset foreløbigt energiregnskab for pyrolysering af kompositmateriale og efterfølgende udnyttelse af gassen til fremstilling af el og varme (Grove-Nielsen 2001). 11.3 Fuld LCA for genanvendelse af kompositmaterialer For at kunne foretage en fuld LCA af de forskellige strategier for genanvendelse, er det i princippet nødvendigt at indsamle alle tilgængelige og relevante data for oparbejdning af materialefraktioner, identificere den mulige anvendelse af disse og vurdere, hvilke (virgine) materialer, der vil blive fortrængt ved anvendelsen. Dette arbejde er planlagt til at finde sted frem til 2012, men da der ikke er mange aktuelle aktiviteter på genanvendelsesområdet, må studiet sandsynligvis i vidt omfang baseres på teoretiske beregninger og generelle antagelser. Derfor vil der formentligt blive behov for en række forskellige scenarier med følsomhedsvurderinger, for at det bliver muligt at rangordne de forskellige mulige veje for genanvendelse som er skitseret i denne rapport. 27 12 Brancheorganisationer etc. Nedenfor er nævnt nogle centrale aktører i forhold til indflydelse på lovgivningen i EU, på forskningsprojekter, standarder for produkter etc. 12.1 Plastindustrien Plastindustrien er en brancheorganisation under Dansk Industri. Plastindustriens kerneområder er: erhvervspolitik , medlemsservice, uddannelse, udvikling af branchen, miljø og sundhed, profilering af branchen, netværk og brancheordninger. Helle Fabiansen fra Kompositsektionen har vist stor interesse for arbejdet med at fremme genbrug af kompositmaterialer og vil gerne følge arbejdet. 12.2 Plast Center Danmark (PCD) Plast Center Danmark er en erhvervsdrivende fond, som blev oprettet i 2003 med det formål at opbygge et videns- og kompetencemiljø indenfor plast- og polymerområdet. I 2008 fik PCD status som facilitator for et nationalt innovationsnetværk af Rådet for Teknologi og Innovation. PCD henvender sig til alle virksomheder, der forarbejder, anvender eller påtænker at anvende plast samt til vidensinstitutioner med tilknytning til plast- og polymerområdet. (http://www.plastcenter.dk/default.asp?id=2) 12.3 Plastnet Plastnet er et netværk bestående af en række virksomheder med interesse indenfor plast og polymerindustrien. Formålet er at øge konkurrenceevnen gennem netværksdannelse, undervisning, arrangementer etc. Netværket er landsdækkende, men er koncentreret omkring virksomheder i Region Syddanmark og har Plast Center Danmark, PCD, som omdrejningspunkt. PCD og FORCE Technology er projektledere for en række projekter af plastteknisk karakter i samarbejde med udvalgte virksomheder fra netværket. Det er hensigten, at der løbende skal genereres nye projekter. 12.4 EuCIA EuCIA står for The European Composites Industry Association og er stiftet af bl.a. : DSM Composite Resins, Johns Manville, Owens Corning,, Lonza, Reichhold, INoPLAST, MenzolitFibron and Saint-Gobain. (http://www.netcomposites.com/newspic.asp?2323) Det er en paraplyorganisation baseret i Bryssels, og den har til formål at repræsentere interesserne for industriens 8000 virksomheder placeret i 11 forskellige lande. EuCIA har brugt mange ressourcer på forskning og forsøg, der har dokumenteret, at kompositmaterialer af hærdeplast kan regnes for et materiale, det er muligt at genanvende. www.eucia.org 28 12.5 ECRC The European Composite Recycling Service Company () er et konsortium grundlagt af kompositindustriens medlemmer i 2003 med henblik på at udvikle systemer og løsninger for genanvendelse af kompositter. ECRC har bl.a. lanceret en “Green FRP Recycling Label” for produkter med genanvendt materiale. Det har ikke været muligt at finde megen information om ECRC, udover referencer hertil. På hjemmesiden: www.ecrc-greenlabel.org findes kun en adresse, fax- og telefonnummer, men siden er opdateret i 2010. 13 Links Nedenfor er en liste over en række relevante hjemmesider og fora for indhentning af yderligere information http://www.plasticsnews.com http://www.plasticsindustry.org http://www.plasticseurope.org http://www.europeanplasticsnews.com http://www.net-composites.com 29 14 Litteraturliste Albers, H, S Greiner, H Seifert, og U Kühne. »Recycling of Wind Turbine Rotor Blades - Fact or Fiction?« DEWI MAGAZIN NO. 34 34 (February 2009): 33-41. Dutta, Piyush K. "Investigations of Plastic Composite Materials for Highway Safety Structure." US Army Corps of Engineers, Cold Regions Research & Engineering Laboratory, Crrel. Hannover NH, USA,, 1998. Grove-Nielsen, Erik. 2-trins forbrænding af udtjente vindmøllevinger. Nordisk AeroForm ApS, Roslev (DK), 2001, 29. Gruber, Nate. Source Reduction and Recycling Opportunities for a Fiberglass Reinforced Plastics Shop. 1995. http://www.mntap.umn.edu/intern/projects/ast-it12.htm (senest hentet eller vist den juni 2010). Hansen, Erik et al. Livscyklusvurdering af deponeret affald. Miljøprojekt nr. 971, 2004. Miljøstyrelsen Hinsch, Christian, og Rainer Schetelich. Auf dem Weg zum "Nachhaltigen Wirtschaften" ? Årg. DEWI Magazin Nr. 7, August 1995. 1995. Justiz, Bundesministeriums der. »Gesetz zur Förderung der Kreislaufwirtschaft und Sicherung der umweltverträglichen Beseitigung von Abfällen.« 1994. Kehrbaum, Ralph. »Perspektiven eines Recycling von Windkraftanlagen.« DEWI Magazin, August 1995: 4. Knudsen, Torben, Jørn Bech, Kjeld Karbæk, og Kristina Elvebakken. »Forbehandling af hærdeplastbaserede kompositmaterialer til genanvendelse.« Arbejdsrapport fra Miljøstyrelsen Nr. 4, Miljøstyrelsen, Miljøministeriet, 1995. Larsen, Kari. “Recycling wind turbine blades.” Reinforced Plastics, 31 januar 2009: 70-73. Lassen, Carsten, og Susan Heilemann Jensen. »Armeret epoxy- og polyesterplast - forbrug og affaldsmængder.« Miljøprojekt Nr. 656, Miljøministeriet, Miljøstyrelsen, 2002. Marsh, George. Recycling carbon fibre composites. 22 April 2009. http://www.reinforcedplastics.com/view/1426/recycling-carbon-fibre-composites/. Miljøstyrelsen. »Affaldsstrategi 2009-12 (1. delstrategi).« 18. marts 2009. —. »Affaldsstrategi ’10.« 17. juni 2010. Molnar, Art. Recycling Advanced Composites. Clean Washington Center (CWC), Seattle, Washington 98121: Copyright ©1995 by Clean Washington Center, 1995, 14. Palmer, James Alexander Thomas. Mechanical Recycling of Automotive Composites for Use as Reinforcement in Thermoset Composites. Exeter: University of Exeter, 2009. 30 Pickering, Steve. Recycling of Fibres from Thermoset Composites. Nothingham: University of Nothingham. Sørensen, Frans. »En "grønnere" hærdeplastindustri.« Plast Panorama, 2010. 31
© Copyright 2024