Un nuovo materiale bio-based permette di recuperare e separare le fibre delle turbine a fine vita. Dai test sul prototipo al parco offshore Sofia, la tecnologia passa alla scala industriale.
La sostenibilità dell’energia eolica si misura anche a fine vita degli impianti. Se acciaio, rame e cemento seguono già filiere di recupero consolidate — permettendo di riciclare fino al 90% della massa di una turbina — le pale rappresentano ancora l’ostacolo principale, essendo progettate per resistere a decenni di usura.
Una ricerca statunitense indica ora una soluzione concreta: sostituire la resina tradizionale con una formulazione pensata per il riciclo. Integrare l’economia circolare fin dalla fase di progettazione consente di mantenere alte le prestazioni industriali e, al contempo, facilitare il recupero dei materiali al termine del ciclo operativo.
Perché il riciclo delle pale eoliche è così difficile?
Le pale moderne sono formate soprattutto da fibre di vetro o di carbonio inglobate in una resina. Le fibre assicurano resistenza e leggerezza, mentre la resina tiene insieme la struttura. Il risultato deve sopportare sollecitazioni continue, variazioni di temperatura, pioggia, raggi solari e raffiche di vento per una vita operativa che può superare i vent’anni.
Le resine termoindurenti comunemente impiegate formano, una volta indurite, una rete di legami molto stabile. Questa caratteristica rende il materiale affidabile durante l’utilizzo, ma ostacola la separazione delle fibre alla fine del ciclo. Le pale possono essere tagliate e triturate per ottenere materiale destinato, per esempio, all’industria del cemento. Il procedimento riduce però la qualità delle fibre e ne limita il reimpiego in prodotti ad alte prestazioni.
La dimensione del problema è destinata a crescere. Secondo i dati aggiornati di WindEurope, l’Europa dispone di circa 290 GW di capacità installata e 80 GW raggiungeranno entro il 2030 la fine della vita operativa teorica. Molti impianti potranno continuare a produrre grazie alla manutenzione o all’estensione del servizio; altri saranno sostituiti. Il volume annuale di materiali provenienti dalle pale dismesse potrebbe così salire da circa 20mila tonnellate nel 2025 a 55mila nel 2030.
Resina biologica e fine vita: la progettazione circolare per le pale eoliche
Il National Renewable Energy Laboratory statunitense ha sviluppato una resina chiamata PECAN, acronimo di PolyEster Covalently Adaptable Network. Il materiale è al centro dello studio pubblicato sulla rivista Science, nel quale i ricercatori descrivono la costruzione e il collaudo di una pala sperimentale lunga nove metri.
La formulazione utilizza componenti ottenibili da materie prime biologiche, compresi zuccheri di origine vegetale. La definizione più precisa è quindi resina bio-derivabile: indica la possibilità di produrne gli ingredienti a partire da fonti rinnovabili, senza implicare che ogni componente impiegato nelle prove sia già arrivato da una filiera interamente vegetale.
La principale differenza rispetto alle resine convenzionali riguarda i legami chimici che tengono unita la struttura. Nel materiale PECAN questi legami possono essere sciolti attraverso un trattamento controllato, consentendo di liberare le fibre e recuperare parte dei componenti della resina. Il processo evita le temperature molto elevate richieste da alcuni sistemi di trattamento e punta a preservare il valore dei materiali.
Dal laboratorio a una pala di nove metri
Lo studio ha verificato anche un aspetto decisivo per l’industria: la possibilità di utilizzare la nuova formulazione con tecniche produttive simili a quelle già adottate. La resina è stata iniettata negli stampi insieme alle fibre e sottoposta a un ciclo di indurimento compatibile con la fabbricazione dei componenti eolici.
Il prototipo di nove metri è molto più corto delle pale commerciali più grandi, che possono superare i cento metri. Ha permesso tuttavia di riprodurre le principali fasi produttive e di valutare il comportamento del materiale su una struttura completa. I test hanno mostrato proprietà meccaniche comparabili a quelle dei compositi tradizionali, insieme a una buona capacità di mantenere la forma sotto sollecitazioni prolungate.
Al termine delle prove, il manufatto è stato trattato chimicamente. La resina si è separata e le fibre sono state recuperate senza la frammentazione provocata dalla triturazione. Secondo il resoconto del laboratorio statunitense, il processo ha decomposto il prototipo in circa sei ore. Serviranno ulteriori verifiche su pale di dimensioni reali e impianti capaci di gestire quantità industriali.
Le prime applicazioni nei parchi offshore
Nel parco offshore Sofia, sviluppato da RWE nel Mare del Nord, sono state installate 150 pale riciclabili prodotte da Siemens Gamesa, destinate a 50 delle 100 turbine. Come spiega la comunicazione di RWE sul progetto Sofia, una resina specifica permetterà di separare a fine servizio fibre, legno e altri componenti, destinandoli a nuovi prodotti.
Le pale, lunghe 108 metri, dimostrano che questa impostazione può raggiungere la scala commerciale. Le pale realizzate negli anni passati richiedono ancora filiere dedicate di raccolta e trattamento. Lo sviluppo di materiali separabili può rendere più semplice il fine vita degli aerogeneratori che entreranno in servizio nei prossimi anni.
Costi ed emissioni entrano nella valutazione
Una tecnologia di recupero deve confrontarsi anche con il costo delle materie prime vergini e con l’energia necessaria per produrre e trattare la resina. Un precedente studio pubblicato su Matter ha stimato per PECAN un prezzo minimo di vendita di 2,28 dollari al chilogrammo, compatibile con quello delle formulazioni tradizionali considerate nell’analisi.
La stessa analisi calcola per la produzione della nuova resina emissioni di gas serra inferiori del 33-35% rispetto alla resina epossidica-amminica presa come riferimento. Sono risultati ottenuti attraverso modellazioni e prove su scala limitata, che dovranno essere confermati con l’aumento dei volumi, ma mostrano come la progettazione circolare possa incidere sia sulla gestione del rifiuto sia sull’impronta ambientale iniziale del materiale.