La pala es el único componente del aerogenerador que no se recicla pero, dada la juventud del sector eólico, hasta hace poco no ha sido un asunto considerado prioritario. Ahora bien, la madurez del sector –en 2020 más del 50% de los aerogeneradores de nuestro país tendrá más de quince años– está impulsando la investigación en esta área.
De ahí que el pasado 24 de septiembre la Jornada dedicada al diseño, mantenimiento y reciclaje de palas organizada por la Asociación Empresarial Eólica (AEE) cerrase con una sesión dedicada al reciclaje y reutilización de éstas. Participaron Enrique González, Técnico del departamento de Estudios de FCC Ámbito; Marisa Alvarado, Directora del Proyecto Life BRIO de Iberdrola Ingeniería; David García Estévez, Investigador del área de Materiales de Construcción de TECNALIA; Ángel Caballero, Vicepresidente Adjunto de Transferencia de Tecnología, y Félix A. López, Investigador Científico, ambos del CSIC. Yo tuve el honor de moderarla.
En el desarrollo de la mesa redonda se puso en evidencia que el reciclaje de las palas plantea los mismos retos que el de otros materiales compuestos utilizados en la industria del automóvil o la aeronáutica, que se resumen en la separación de los materiales con cierto valor económico, fundamentalmente fibra de vidrio y productos plásticos, con la suficiente calidad y prestaciones para que puedan ser utilizados en otras actividades económicas a un precio razonable. Lo que quedó claro a lo largo del debate es que la tarea no es sencilla y requiere una importante labor investigadora.
Para hacerse una idea de la complejidad de la configuración de una pala de un aerogenerador, en la figura siguiente se presenta la sección de una pala donde se observa que dentro de su estructura coexisten diversos materiales, lo que dificulta su recuperación final (los acrónimos usados: GFRP: Fibra de Vidrio reforzada con plástico; CFRK: Fibra de Carbono reforzada con plástico; PUR. Poliuretano reticulado; PE: Polietileno).
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Figura 1: Sección típica de una pala de aerogenerador (Fuente: EWEA)
La longitud puede estar entre los 3 y los y 70 m y el peso puede oscilar entre 0,5 y 20 toneladas, menor en las de fibra de carbono que en las de vidrio. Se estima que aproximadamente el peso específico por unidad de potencia está entre las 10-15 t/MW. Adicionalmente, hay que tener en cuenta la tendencia actual del mercado a instalar palas cada vez mayores –longitudes de 60 m empiezan a ser habituales en los mercados emergentes– para incrementar la energía extraíble del viento, sobre todo si tienen baja turbulencia y rafagosidad.
Uno de los temas clave para el reciclado de las palas es la recogida de las mismas, ya que suelen estar ubicadas en puntos remotos y su peso es elevado. Es necesario cortar y al menos trocearlas para facilitar su transporte, aunque en función del uso podría también ser interesante proceder a la molienda de las mismas, tema siempre complejo por las emisiones de polvo y la necesidad de molinos especiales.
Dentro de este aspecto del tratamiento previo de las palas, se presentó en la Jornada la recogida y preparación de las mismas en el Proyecto Life BRIO, liderado por Iberdrola Ingeniería y Construcción, con la participación de la Fundación GAIKER y la Fundación Tecnalia Research & Innovation. En las fotografías siguientes se muestran tanto la recogida, como la fragmentación realizada en Glasgow (Reino Unido), experiencia piloto de pre-tratamiento de palas de aerogeneradores fuera de uso.
Hay que tener en cuenta que la mayor parte de las palas o trozos de pala para reciclar van a tener su origen en aerogeneradores en funcionamiento. Si como ya se ha comentado la tendencia en los aerogeneradores nuevos es aumentar el tamaño del rotor, en los existentes se observa que la estrategia es alargar la vida de los parques originalmente diseñados para 20 años pero con una tendencia a incrementar la duración hasta los 25 y los 30 años, siendo la sustitución de las palas uno de los elementos clave para garantizar este incremento.
A día de hoy, la tasa de sustitución de palas en España es inferior al uno por mil anual y teniendo en cuenta que en operación hay unas 61.000, esto nos da que entre 50 y 100 palas serían objetivo del reciclaje, cantidad que se incrementará a lo largo de los próximos años por el envejecimiento progresivo de los parques eólicos españoles.
Volviendo a la demostración del reciclaje mecánico del proyecto Life-BRIO, ésta ha consistido en una primera etapa de fragmentación de las palas utilizando una cizalla hidráulica, seguida de una trituración primaria. Este proceso se completará posteriormente en los Centros Tecnológicos vascos, para su acondicionamiento y separación orientadas a la recuperación de las materias primas para nuevos usos.
La Figura 3 muestra el material triturado y la importancia y dificultad de en la investigación que permita valorizar gran parte de los productos usados en la fabricación de las palas. Indudablemente para dar un valor económico al proceso y tener tamaño crítico suficiente es importante incorporar residuos de diversas actividades como los sectores del automóvil y el aeronáutico.
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Figura 2: Recogida de Palas- (Fuente: Proyecto Life-Brio)
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Figura 3: Trituración de las palas (Fuente: Proyecto Life-Brio)
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Figura 4: Material compuesto de las palas triturado (Fuente: Proyecto Life-Brio)
Para la valorización de los materiales compuestos, existen diversas soluciones, en algunas de las cuales lleva tiempo trabajando el CSIC. Las soluciones pasan por reciclado del material directo, para lo que se podría incorporar como materia prima a la fabricación de piezas de hormigón, manteniendo siempre la calidad y prestaciones de las mismas. En este punto, los participantes en la mesa pusieron énfasis en la importancia de implicar a alguna empresa constructora, como las que actualidad tienen parques en operación, lo que contribuiría a cerrar el ciclo económico de los aerogeneradores.
Otra opción sería la separación de las materias primas, lo que es difícil al estar fuertemente embebida la fibra en los materiales plásticos, siendo esta característica de uniformidad la que otorga una clara ventaja estructural a los materiales compuestos. Por otro lado, el proceso de trituración corta la longitud de la fibra, lo que hace imposible su reutilización en la fabricación de los aerogeneradores u otros componentes estructurales.
Otra alternativa sería la incineración directa o en cementera. Sobre el primer punto, existen multitud de incineradoras en España que permitirían la combustión de los residuos pero aquí se plantea el problema de las cenizas volantes que podrían obligar a adaptar los sistemas de limpieza de los gases y las cenizas de la incineración que se combinan con el resto de los productos, recibiendo el tratamiento de vertido que se considere oportuno en cada momento.
Por lo que se refiere a la incineración en cementera, ésta sería posible manteniendo unos porcentajes sobre el combustible total para mantener la calidad del Clinker, que es la base a partir de la cual se elabora el cemento añadiéndole diversos aditivos. La elevada temperatura en el horno, aproximadamente unos 1.000 ºC, permite eliminar la fracción plástica e incorporar la fibra al clinker debido al elevado contenido de sílice de la misma. La ventaja adicional es la reducción de emisiones de CO2 al sustituir combustibles convencionales, a pesar de que el poder calorífico del material compuesto es de 14 MJ (Kg, aproximadamente la mitad del carbón), por lo que hay que buscar un punto de encuentro entre su uso como combustible y el aporte de materia prima al clinker sin afectar a la calidad final del cemento.
En la siguiente figura se muestra la foto de las palas precortadas antes de su trituración para el uso como combustible por parte de la empresa HOLCIM, que desarrolló una planta de recogida y tratamiento de las palas, previa a su incineración en la cementera de Lagerdof en Alemania. El sistema de trituración sería móvil para poder transportarse entre diferentes parques eólicos, similar al utilizado en el proyecto BRIO. El sistema incorpora una humidificación para evitar la formación de polvo que es en última instancia incorporado al producto molido. Las partes metálicas han sido retiradas previamente por corrientes magnéticas.
La pirolisis es el último tratamiento térmico de combustión incompleta a unos 600ºC, lo que permite producir un gas residual a utilizar como combustible, lo que permite eliminar la fracción plástica y aprovechar la fibra en toda su longitud, aunque sólo se reutiliza un 50% de la contenida en el material original. Es un proceso limpio pero todavía costoso.
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Figura 5: Palas pre-cortadas (Fuente: Dr. Erwin Schmidl-HOLCIM)
Uno de los puntos clave que surgió en el debate fue la diferente regulación entre los países de la UE en relación con la consideración de las palas retiradas y su incorporación a vertederos convencionales. En Alemania, por ejemplo, se requieren vertederos especiales, lo que hace que las porciones de palas sean llevadas a países donde no existe tal prohibición, creando un tratamiento asimétrico de estos residuos dentro de la UE. En este sentido, se habló de la importancia de desarrollar una normativa de ámbito europeo de forma similar a lo que ha sido la Directiva de Vehículos Fuera de Uso (VFU).
La Directiva VFU plantea no sólo el reciclado de componentes, sino también que el diseño tenga en cuenta desde el origen la necesidad de reciclar y reutilizar los diferentes componentes del vehículo, facilitando la labor de las empresas fraccionadoras que valorizan fácilmente todas los componentes metálicos, pero se les plantean retos importantes con los materiales plásticos y compuestos, utilizados en algunos casos como combustibles en cementeras.
Por lo tanto, es importante seguir avanzando en las tareas de investigación, entre otras cosas porque de momento no se visualiza una regulación uniforme sobre los vertidos de materiales compuestos, que puede ser liderado por el sector eólico español con una estrecha colaboración con el CSIC y los centros tecnológicos con experiencia en el tema.