Ветряные турбины, солнечные панели и электрокары дарят надежду на
полный переход к альтернативным источникам энергии. А в это время их списанные
останки весьма неэкологично отправляют на свалки
Почему сложно утилизировать лопасти от ветряных турбин
Многокилометровые захоронения
В 2019 году по Сети разлетелись
фотографии со свалки в городе Каспер штата Вайоминг, на которых видно, как
груды длинных лопастей от ветрогенераторов ожидают захоронения под землю.
Огромный полигон заняли больше тысячи многометровых полотен, каждое длиной
больше 40 м — это половина футбольного поля. Изображения вызвали массовую
критику ветровой энергетики, которая, с одной стороны, вырабатывает зеленую
энергию, а с другой — не предусматривает экологичной утилизации и переработки
огромных масс отходов. Официально лопасти закапывают в землю, чтобы хранить их
там до тех пор, пока не изобретут новые способы переработки.
Срок службы ветряных турбин
составляет 20–25 лет, и вопрос об утилизации ветрогенераторов первого поколения
уже стоит крайне остро. Что делать с металлическими, бетонными и силовыми
конструкциями ветрогенератора, вопросов не возникает, так как их можно переработать.
А вот куда девать лопасти, пока не совсем ясно. Они состоят в основном из
стекловолокна и полимеров, которые делают материал долговечным, но именно из-за
них переработка ветряков становится почти невозможной.
Лопасти списанных турбин могут
занять сотни гектаров земли совсем скоро, так как темпы развития ветряной
энергетики активно растут. По данным аналитической компании Ember, в 2024 году
возобновляемые источники энергии и атомная энергетика впервые обеспечили 40,9%
мирового производства электроэнергии. На долю ВИЭ пришлись рекордные 858 ТВт·ч,
что на 49% больше предыдущего максимума от 2022 года. По прогнозам, к 2050 году
количество ветряных лопастей, сданных в утиль, во всем мире может составить
около 43 млн т. Для сравнения: это вес почти 400 тыс. локомотивов.
Запрет, переработка, мармеладные мишки
Летом 2021 года на ежегодном
конгрессе Испанской ассоциации ветроэнергетики генеральный директор ассоциации
WindEurope (AEE), продвигающей использование энергии ветра в Европе, Джайлс
Диксон призвал Европейскую комиссию запретить захоронение лопастей ветряных
турбин на общеевропейском уровне. Запрет должен был вступить в силу к 2025
году, но пока решение так и не было принято.
Тем временем датская компания
Vestas уже разработала технологию полной переработки лопастей ветрогенераторов.
Она позволяет повторно использовать термореактивные композитные материалы,
которые применяют при их производстве. Инженеры придумали, как разложить
эпоксидную смолу на исходные компоненты, чтобы использовать их для создания
новых лопастей. В течение трех лет Vestas подготовит коммерческое предложение,
с помощью которого можно будет внедрить технологию в производство. Разработка
позволит компании к 2040 году выйти на нулевой уровень отходов производства.
Ученые из Калифорнийского
университета в Дэвисе тоже занялись вопросом экологичной утилизации ветряных
конструкций и создали компостируемые лопасти из органики. В их основу они
положили мицелий грибов, органический субстрат и каркас из бамбука. Команде
только предстоит проверить устойчивость этих лопастей, чтобы убедиться, что они
могут выдерживать порывы ветра и вращаться со скоростью 137 км/ч.
Исследователи из Университета
штата Мичиган в США создали свой вариант перерабатываемой лопасти для ветряка.
В ее составе композитная смола из стекловолокна и полимера растительного и
синтетического происхождения. Когда срок службы турбины закончится, лопасть
можно полностью переработать, превратив в новую, или сделать из нее жевательные
конфеты. Новую форму композитной смолы вываривают в щелочном растворе, чтобы
получить лактат калия, который после очистки можно использовать при
приготовлении сладостей и спортивных напитков. Пока разработка только проходит
проверки и испытания, но именно благодаря таким смелым экспериментам энергия
ветра может стать еще зеленее.
Токсичные солнечные батареи
Около 90% неисправных и вышедших
из строя солнечных панелей попадают на обычные свалки, так как это намного
дешевле, чем переработка. «Мы проделали феноменальную работу, сделав солнечную
энергетику эффективной и рентабельной, но еще ничего не сделали для того, чтобы
сделать ее циркулярной и справиться с окончанием срока службы солнечных
панелей», — говорит Суви Шарма, генеральный директор компании Solarcycle,
специализирующейся на солнечных технологиях.
Как правило, солнечные панели
сделаны из стекла, содержат небольшое количество кремния, который и
перерабатывает солнечный свет в электричество, а также серебро, медь и
токсичные тяжелые металлы, например кадмий, свинец и селен. Батареи можно
перевозить только по заранее согласованным маршрутам и утилизировать особым
способом. Поскольку солнечные панели хрупкие и громоздкие, чтобы их грамотно
открепить, транспортировать и утилизировать, требуются обученные работники.
Иначе высок риск того, что солнечная батарея разобьется и загрязнит локальные
участки опасными веществами.
По данным Harvard Business
Review, ожидается, что к 2031 году объем отходов солнечной энергетики на
свалках превысит объем новых установок. Ученые также рассчитали, что в период с
2016 по 2050 год объем отходов солнечной энергетики составит от 54 до 160 млн
т. Для сравнения — это меньше 10% от объема электронных отходов, но из-за
опасных компонентов в составе при неправильной обработке солнечные батареи
могут принести природе и человеку гораздо больше вреда, чем другие отходы.
Невыгодная, но необходимая переработка
Переработка солнечных панелей не
самое прибыльное дело. Из каждой батареи удается получить материалов на $2−4,
при том что процесс переработки, по подсчетам американской Национальной
лаборатории возобновляемой энергетики, обходится в $20−30.
Тем не менее находятся те, кто
хочет повлиять на проблему. В конце июня 2023 года во Франции открылось
предприятие ROSI, которое специализируется на переработке отходов солнечной
энергетики. В компании извлекают и повторно используют 99% компонентов
солнечной батареи. Новая фабрика может восстановить почти все драгоценные
материалы, содержащиеся в панелях, — именно их особенно трудно извлечь из
установки — и направить на повторное производство батарей. Во Франции к 2030
году необходимо будет переработать 30 тыс. т фотоэлектрических панелей,
отслуживших свой срок.
В США площадь, покрытая
солнечными панелями, которые установлены в 2021 году и должны выйти из
эксплуатации к 2030 году, составит территорию общей площадью около 3 тыс. полей
для американского футбола. В Штатах вклад в решение этой проблемы обещает сделать
компания Solarcycle. Ее команда извлекает и направляет на переработку около 95%
материалов из старых солнечных панелей. Компания торгует восстановленным
серебром и медью на товарных рынках, а стекло, кремний и алюминий Solarcycle
продает производителям и операторам солнечных панелей.
Один из самых эффективных
способов стимулировать переработку панелей — субсидировать эту деятельность и
обязывать производителей заниматься их экологичной утилизацией. В ЕС такие
правила уже действуют: компании-производители должны обслуживать оборудование
до его изнашивания, а также перерабатывать панели, когда они окончательно
выйдут из строя. В США особые требования к переработке солнечных панелей
существуют только в нескольких штатах.
По данным МЭА, в 2024 году
продажи электромобилей установили рекорд в 17 млн единиц, впервые превысив 20%
от общего числа реализованных в мире авто. К 2030 году их станет уже около 250
млн. В России, по состоянию на начало 2025 года, насчитывается 60 тыс.
электрокаров и более 2400 электробусов. За последние три года реализовано более
35 тыс. электроавтомобилей (более половины существующего «электропарка»), а
объем продаж вырос почти в 6 раз.
Во всем мире правительства и
автопроизводители продвигают электромобили как ключевую зеленую технологию,
которая ограничит потребление нефти в борьбе с изменением климата. General
Motors заявила, что намерена прекратить продажу новых автомобилей и легких
грузовиков с бензиновым двигателем к 2035 году и переключиться на модели с
батарейным питанием. Volvo будет действовать еще стремительнее и к 2030 году
представит полностью электрическую линейку автомобилей. Большинство
электромобилей действительно производят значительно меньше вредных выбросов,
чем автомобили, работающие на бензине. Однако многое зависит от того, сколько
угля сжигается для зарядки этих электромобилей.
«Если ваш электромобиль подключается
к сети и заставляет близлежащие угольные электростанции сжигать больше угля для
его зарядки, то климатические преимущества его использования будут уже не
такими большими», — говорит Джереми Михалек, профессор инженерных наук
Университета Карнеги — Меллона. Хорошая новость в том, что большинство стран
стремится «очистить» свои электрические сети и перейти на альтернативные
источники энергии.
Что делать с батареями и правами человека
При производстве литийионных
батарей, которыми комплектуются большинство электромобилей, используются
кобальт, литий и редкоземельные элементы. При добыче кобальта и других металлов
из руд выделяются шлаки, загрязняющие окружающую среду. 70% мировых запасов
кобальта добывается в Демократической Республике Конго, причем значительная
часть находится на нерегулируемых кустарных рудниках, где рабочие, в том числе
дети, выкапывают металл из земли, используя только ручные инструменты. Они
подвергают свое здоровье большому риску.
Литий добывается в Австралии и на
солончаках в Андах, на территории Аргентины, Боливии и Чили. Для откачки
рассолов используется большое количество грунтовых вод. Для производства
аккумуляторов электромобилей требуется на 50% больше воды, чем на производство
традиционных двигателей внутреннего сгорания.
Чтобы исправить ситуацию,
производителям необходимо задуматься, как сделать процесс добычи сырья более
экологичным и как улучшить условия труда горняков в шахтах.
Не меньше проблем и с утилизацией
аккумуляторных блоков. Средняя батарея электромобиля, проезжающего 20 тыс. км в
год, может прослужить от десяти до 20 лет. Захоронение батарей на свалках —
прямая угроза экологии, к тому же 95–96% содержимого в батареях — это
возвращаемое сырье, которое можно повторно использовать в производстве. Но
почему с их утилизацией все не так просто?
В настоящее время в мире используются технологии переработки, основанные на принципе разрушения и измельчения элементов батарей. Однако такой процесс достаточно энергоемкий, а качество восстановленного сырья низкое. Для роста эффективности ресайклинга необходимо демонтировать аккумуляторы до набора отдельных батарейных модулей. И здесь кроется главная проблема — отсутствие стандартизации конструкций.
По международным стандартам
каждый элемент должен перерабатываться, но нынешние батареи для электромобилей
создаются производителями в конфигурациях разной технической и химической
сложности. Они не оптимизированы для легкой разборки ни вручную, ни
автоматизированно. Поэтому в ближайшем будущем потребуется создание единого
стандарта или маркировки, которые позволят упростить и роботизировать процесс
переработки аккумуляторов — так повысится его экономическая эффективность.
Переработкой литийионных
аккумуляторов во всем мире занимаются около сотни компаний. Это небольшие
лаборатории, профильные и непрофильные организации, а также промышленные
предприятия. Но все же наибольшую эффективность показывают автоконцерны,
которые создают под свои аккумуляторы отдельные заводы или цеха. Например,
Volkswagen в 2021 году запустил завод по переработке аккумуляторов в
Зальцгиттере. А годом ранее Tesla начала перерабатывать 100% батарей, создав на
своих заводах по производству аккумуляторов перерабатывающую линию. Nissan
совместно с Sumitomo Corporation основал компанию 4R Energy, которая занимается
переработкой батарей от электромобилей производителя.
Такой же путь предстоит пройти
России. Первый государственный завод по переработке литий-ионных, а также иных
аккумуляторов планируется открыть в Дзержинске в 2026 году. Кроме того, в июле
2025 года «Росатом» представил в Общественной палате РФ отечественные решения
по утилизации и переработке литийионных батарей. Пока возможность создания в
России замкнутого производственного цикла литийионных аккумуляторов — от добычи
сырья и производства компонентов до утилизации и вторичного использования —
только обсуждается. Поскольку инфраструктура развивается параллельно с
производством, появляется возможность с нуля создать наиболее оптимальные для
быстрой переработки аккумуляторов конструкции.
Елизавета Пирогова