Grønne superstjerner

Fossil energi skal fases ut og dreies mot bærekraftig kraftproduksjon. I dette skiftet er det spesielt to teknologier som seiler opp som grønne superstjerner i den fremtidige, globale energimiksen: vind- og solkraft.

I 2020 sto solkraft for omtrent 6 prosent av verdens totale strømproduksjon, mens andelen for vindkraft var snaut 4 prosent. Disse tallene anslås å stige kraftig mot midten av århundret.

International Energy Agencys anslag i rapporten «Net Zero by 2050: A roadmap for the global energy system» er at sol- og vindkraft vil stå for nesten 70 prosent av strømproduksjonen globalt i 2050. Dette legges som forutsetning for å nå ambisjonen om nullutslipp innen den tid. 

I «World Energy Outlook 2020» omtales solceller som «den nye kongen» av strømforsyning. Organisasjonen anslår at solkraft i snitt vil vokse 13 prosent pr. år mellom 2020 og 2030, noe som utgjør en tredjedel av vekstbehovet for kraft i perioden.

USA annonserte nylig en ambisjon om at 50 prosent av landets kraftbehov skal komme fra solceller i 2050. Biden-administrasjonen la i oktober også frem sine planer om å utvikle storskala vindkraftanlegg langs hele kysten på begge sider av landet. På verdensbasis kan vindenergi, ifølge International Renewable Energy Agency (Irena), komme til å stå for 35 prosent av den totale energimiksen i 2050.

Vann får konkurranse

I Norge er vannkraft den grønne superstjernen, men også her har vindkraft hatt en formidabel vekst. Denne veksten vil bare øke i tiårene fremover, viser NVEs «Langsiktig kraftmarkedsanalyse 2020–2040», som anslår at vind vokser fra 14 TWh i 2020 til 24 TWh i 2040. Samme analyse spår at også solcellekraft vil utgjøre en betydelig andel av miksen, i hvert fall i norsk sammenheng, med 7 TWh av en total på 182 TWh i 2040.

Planen er altså klar for en massiv og økende vekst av installasjoner som skal gi oss fornybar energi. Men, i likhet med mye annen teknologi vil også den grønne ha et begrenset livsløp hvor produksjon er lønnsomt – men som etter endt levetid ender opp som avfall som må håndteres.

Er løsninger for dette avfallet tatt med i planene? Eller vil det bli overlatt til kommende generasjoner?

Glassfiber til hodebry

I Norge vil denne utfordringen først og fremst være knyttet til vindkraft. NVE legger til grunn en levetid på 25 år for nye vindturbiner, men dette kan variere, avhengig av type, modell og lokale forhold. Når turbinen tas ut av drift, må den avinstalleres, og delene går til resirkulering eller annen avfallshåndtering.

Vestas er den ledende leverandøren i det norske vindkraftmarkedet. De anslår i sin livsløpsanalyse av vindturbiner at 88 prosent av turbinens samlede masse kan gå til gjenvinning. Dette fordi store mengder av tårnet består av stål, jern, aluminium, kobber, glass og elektronikk – materialer som allerede resirkuleres ved de fleste større avfallsmottak. De resterende, mer utfordrende prosentene, ligger i rotorbladene som består av ulike kompositt-typer, forklarer Jens Kjær Jørgensen, forsker og rådgiver i Sintef Manufacturing, som forsker blant annet på produksjons- og materialteknologi og industrielle økosystemer.

– Rotorbladene er sammensatt av flere materialer på makro- og mikronivå. Ofte er dette glass- eller karbonfiber i en matrise av herdet plast – såkalte komposittmaterialer, sier Jørgensen. 

Bladene og materialene skal tåle voldsomt miljø og mye mekanisk påvirkning og er derfor designet for at det nærmest skal være umulig å dra fra hverandre. 

– Slike sammensetninger er utfordrende å dele opp igjen, og få tilbake rene materialfraksjoner. I teorien kan man kutte dette opp i små eller større biter, men de vil ikke være særlig attraktive for andre bruksområder. Ulikt stål, kan det ikke smeltes om til nye produkter.

Den herdige materialsammensetningen gjør at det foreløpig er få alternativer for håndtering av slikt avfall.

Deponering som vanligste metode

– Rotorbladene går i hovedsak til godkjente deponier og blir liggende der. De kan brukes som råstoff i sementproduksjon der et sementanlegg er tilpasset dette, men i all hovedsak blir bladene deponert, sier Jørgensen. 

Dette bekreftes av seksjonsleder i Miljødirektoratets miljøgiftavdeling, Hege Rooth Olbergsveen. 

– Mens det ligger godt til rette for materialgjenvinning av tårnet og andre deler i metall, er det for tiden deponering som er den aktuelle løsningen for rotorbladene, som er bygget i glassfiberkompositt, skriver Olbergsveen i en e-post til Aftenposten Innsikt. 

Den totale massen i rotorbladene til vindturbinene bygget i Norge til og med 2020 er estimert av NVE til å utgjøre en samlet vekt på cirka 47 000 tonn. Men tallet er ufullstendig, da det er bygget flere vindturbiner siden estimatet ble fremlagt i 2020. Ifølge NVE har Norge til sammen nærmere 1150 vindturbiner, noe som innebærer 3450 turbinblader. Den foreløpige planen for håndtering av disse når de én dag blir tatt ut av drift, er altså å plassere dem i godkjente deponier.

De fleste norske vindkraftverk er fortsatt unge, og så langt har kun seks norske vindkraftanlegg måttet håndtere avinstallerte rotorblader. De fleste av disse er blitt fraksjonert, destruert og deponert i tråd med gjeldende regelverk for avfall i Norge, opplyser NVE til Aftenposten Innsikt.

Håndteringen ved nedlegging skal fremkomme i et vindkraftverks konsesjonssøknad og godkjennes av NVE. Foreløpig har NVE ingen egen håndteringsplan, men anser det sannsynlig at det vil finnes nye løsninger når brorparten av dagens vindturbiner skal legges ned om 20 til 30 år.

Den store mengden av avfall vil derfor ikke melde seg i Norge før de neste tiårene. Men mange steder på kontinentet der vindkraftmarkedet er mer modent, begynner det imidlertid å haste mer å finne gode håndteringsløsninger.

Ønske om forbud

Mange eldre vindkraftverk i Tyskland, Spania og Danmark nærmer seg slutten av livsløpet sitt, ifølge WindEurope. Bransjeforeningen anslår at 25 000 tonn rotorblader vil bli tatt ut av drift i 2025. Allerede fem år senere vil dette tallet ha doblet seg. I 2030 vil man altså måtte håndtere 52 000 tonn blader. Da står vindkraftanlegg i Frankrike, Italia og Portugal for tur til å takke for seg.

De svimlende høye tallene og bilder som viser gigantiske glassfiberblader i enorme hauger på deponier rundt om i verden, skaper bekymring for en fremtidig uhåndterlig opphopning av kasserte rotorblader.

Allerede i dag har det i flere land kommet forbud mot å deponere rotorblader eller -deler. I oktober annonserte svenske Vattenfall (tilsvarende Statkraft i Norge) at de vil forby all deponering av turbinblader, og at de frem til 2030 jobber for å få til en full resirkulering av turbiner. 

Når WindEurope har foreslått et europeisk totalforbud, er dette drevet frem av optimistiske ambisjoner i bransjen, som nå jobber på spreng for å gjøre bladene mer egnet for gjenvinning. De håper et deponiforbud kan sette fart på utviklingen av bærekraftig teknologi for resirkulering av komposittmateriale.

Illustrasjon: SISSEL RINGSTAD/FARSOTT.NO

Satser på utvikling

Kommunikasjonsansvarlig i Statkraft, Geir Fuglseth, har også håp om at slik teknologi vil være på plass før de må pensjonere de første vindkraftanleggene i porteføljen, som består av åtte hel- eller deleide vindparker med totalt 315 turbiner.

– Statkrafts vindparker i Norge ble ferdigstilt i perioden fra 2002 til 2020. Levetiden for de eldste turbinene tilsier dermed at det ikke er aktuelt å ta ned eller bytte ut turbiner og rotorblader før mot slutten av dette tiåret. Vi forventer at det innen den tid vil finnes løsninger for bærekraftig håndtering av turbinbladene, sier Fuglseth.

Gode løsninger for sirkularitet eller resirkulering vil være viktige parametre ved valg av leverandører for fremtidige vindturbiner, mener han, og legger til at det er et betydelig engasjement på dette temaet i bransjen generelt.

Jens Kjær Jørgensen i Sintef sier det foregår mye utvikling på området.

– Produsentene har forstått at dette må tas på alvor – både for å ta ansvar, men også for å være konkurransedyktige. Dette etterspørres av både myndigheter og kunder som blir ansvarlige for håndteringen etter ferdigstillelse. De fleste produsenter av rotorblader mener de vil komme til å bli mer resirkulerbare innen kun få år.

Fra teori til praksis

Jørgensen mener likevel det er viktig å være realistisk i forhåpningene.

– Det at et materiale teknisk sett er resirkulerbart, betyr ikke nødvendigvis at det blir resirkulert. I første omgang vil nok bladene bli kuttet ned i mindre biter – enten mekanisk eller kjemisk. Da blir dette til biter, fibre eller kjemikalier som må brukes i en annen prosess, i en ny næringskjede. 

Hvordan dette kommer til å se ut i praksis, er fortsatt usikkert, mener han. 

– Man ser ikke fullverdige løsninger nå, men det jobbes med dem. Det er mye usikkerhet i markedet for en slik ny næringskjede og hvem som eventuelt kan bruke de oppkuttede råvarene fra bladene.

Jørgensen mener dette er en generell utfordring ved sirkulær økonomi – at den som sitter med problemet, ikke nødvendigvis har mulighet til å utvikle den aktuelle teknologien. 

– Hvis man skal ta en komponent fra en turbin og sette dette i en bil – så er det ikke produsenten av vindturbiner som har kompetansen til å se en eventuell slik mulighet for dette komposittmaterialet, men i større grad bedriftene som skal anvende det.  

Han sier det pågår prosjekter i mange miljøer, på for eksempel mekanisk og kjemisk splitting og kutting.

Foreløpig forsøker bransjen å hanskes med problemet på to forskjellige måter. Den ene handler om å finne metoder for å resirkulere blader som allerede er produsert og installert, mens den andre er å produsere nye typer blader, med økt mulighet for resirkulering og splitting av råvarer.

Sirkulært i vinden

Storprodusenten Siemens Gamesa slapp nylig nyheten om at de har laget verdens første resirkulerbare turbinblad – kalt RecyclableBlade – som et steg mot ambisjonen om fullstendig gjenvinnbare vindturbiner innen 2040. Selskapet hevder at materialene i bladene er separerbare, og at de skal kunne brukes i nye produkter etter endt levetid.

Seks av de 81 meter lange bladene er allerede blitt ferdig produsert på fabrikken i Danmark, og skal benyttes på en offshore vindpark.

– Det nye materialet har en annerledes kjemisk struktur, som gjør det enklere å løse opp herdeplasten etter endt levetid, sier kommunikasjonsansvarlig i Siemens Gamesa, Marta Menendez. Hun hevder at de resirkulerte materialene skal kunne brukes i andre produkter som blant annet flykropper og rammer til flatskjermer.

Forskning med overføringsverdi

Andre leverandører i bransjen fokuserer på teknologi som muliggjør gjenvinning av blader som allerede eksisterer. Vestas har utviklet en ny metode for å splitte opp glass- og karbonfibere fra polymeren de er sammensatt med. Videre spalting skal deretter omdanne kompositten til noe tilnærmet de opprinnelige råvarene, som igjen kan brukes til produksjon av nye turbinblader.

En lignende prosess er også under utvikling i et forskningssamarbeid mellom Aker Offshore Wind, Aker Horizons og University of Strathclyde i Glasgow.

– Vi kan ikke fortsette å leve i en verden hvor vi bruker ressurser og ser på det som noe endelig. De må bli tatt vare på og brukt til noe nytt, sier Ingrid Lomelde, bærekrafts-direktør i Aker Offshore Wind.

Selskapet har ambisjoner om å utvikle noen av Norges første havvindparker. En av disse – Sørlige Nordsjø II – skal etter planen bestå av hele 200 vindturbiner – med 600 turbinblader.

– Det vi har sett i vindbransjen, er at det er et stort avfallsproblem hvor turbinblader bare graves ned i bakken. Det vil vi ikke være en del av, sier Lomelde.

Samarbeidsprosjektet søker å utvikle en ny gjenvinningsmetode, hvor glassfibrene fra bladene blir til nye råmaterialer, klar til bruk for andre næringer.

– Dette gjelder ikke kun vindturbinbladene. Vi ønsker å skape en løsning for resirkulering av all glassfiber, som kan være en større løsning for flere bransjer.

Prosjektet er fortsatt på forskningsstadiet, men Lomelde håper løsningen er moden og kommersiell når de setter i gang med parkene.

– Målet er at vindkraft kan bli en del av sirkulærøkonomien.

Solen til redning

Den andre tungvekteren i fornybar energi som skal dra det grønne skiftet fremover, er solcellepaneler. Også denne teknologien gir nå økende hodebry for avfallshåndtering etter endt levetid. Ifølge prognosene for solcelleavfall i 2050, antas det blant annet at Kina vil sitte med 20 millioner tonn pensjonerte paneler. USA vil ha nærmere 10 millioner tonn, mens Japan og India vil ha 7,5 millioner tonn hver.

Foreløpig har Norge ingen større satsing på solkraft, men ifølge NVEs langsiktige kraftanalyse er dette kun et tidsspørsmål. Nærmere 4 prosent av energimiksen i 2040 vil kunne komme fra solkraft. Basert på en avfallsanalyse foretatt av det danske teknologiselskapet IPU for danske solkraftverk, vil mengden paneler fra norske solkraftverk kunne utgjøre 140 000 tonn på dette tidspunktet.

Ikke gull alt som glitrer

– Verden jobber for å få installert mest mulig solceller, men vi mangler helhetsbildet – som også inkluderer avfallsstrømmen som kommer, sier Birgit Ryningen, forsker ved Sintef.

Foreløpig har bransjen jobbet med å få solcellepaneler så gunstige som mulig, både når det gjelder lønnsomhet og kvalitet.

– Vi har lykkes med dette, og panelene er i dag både billige og bra, men konsekvensen er blitt en bruk-og-kast-praksis. For dem som drifter solcelleparker, vil det nå lønne seg å vrake gode paneler og heller kjøpe nyere og bedre – selv før garantien er ute, sier Ryningen.

Ryningen påpeker at den lave prisen på paneler har gjort det mindre attraktivt å drive forskning og utvikling på resirkulering og gjenvinning av dem. Men mye av massen til solcellepanelene kan likevel i utgangspunktet gjenvinnes på ordinært vis, ifølge forskeren.

De aller fleste typer solcellepaneler består hovedsakelig av glass, metall, silisium og polymerer. Glass og aluminium utgjør mer enn 80 prosent av vekten på panelet, og det kan i teorien gå til ordinær gjenvinning. I praksis er det likevel liten kontroll med hva som egentlig skjer idet panelene går til avfallshåndtering, sier Ryningen.

– Gjenvinning av slike paneler er fremdeles i en begynnende fase globalt, både når det gjelder tekniske standarder og fysisk infrastruktur.

Foreløpig er den fremste gjenvinningsmetoden å fjerne aluminiumsrammen, for så å knuse eller makulere panelene, og senere hente ut fraksjoner av glass. Så langt er det kun en håndfull avfallsmottak i Europa som gjør dette, og da i en mindre skala.

– Dette er downcycling, ikke recycling, sier Birgit Ryningen. – Det er bra, men ikke bra nok.

I Norge er det heller ingen spesielle retningslinjer for gjenvinning av solceller, og kasserte paneler blir klassifisert som elektronisk avfall, opplyser Hege Rooth Olbergsveen i Miljødirektoratet.

Illustrasjon: SISSEL RINGSTAD/FARSOTT.NO

Billig, men bra?

Problemet med dagens håndtering av panelene, uansett hvor bra gjenvinningen foregår, er at solcellene og råvarene de inneholder, går tapt i prosessen, forklarer Ryningen i Sintef.

– Utfordringen ligger i hvordan panelene blir produsert, der alle solcellene kapsles inn i en enhet som ikke kan åpnes. Dette er en konsekvens av bransjens opptatthet av å skape billige produkter, uten tanke for at panelene må kunne repareres, gjenvinnes, eller gå inn i noe sirkulært system.

Med denne praksisen blir solcellene – som inneholder både dyrebare og potensielt giftige stoffer – ødelagt og deponert. Dette er først og fremst en sløsing av ressurser, påpeker Ryningen.

De aller fleste paneltypene (93 prosent) blir produsert med silisium, og produksjonen krever at den har en høy renhetsgrad. Prosessen for å utvinne og lage silisium av tilstrekkelig kvalitet er både ressurs- og kostnadskrevende – og dette er nå en ressurs som bare går rett på dynga, sier forskeren. Silisium er dog ikke den eneste kritiske råvaren som blir utelatt i gjenvinningsprosessen. Solcelleprodukter kan inneholde så mange som 46 av grunnstoffene i periodetabellen, hvorav fem anses som kritiske: silisium, bor, germanium, gallium og indium, forklarer Martin Bellmann, forretningsutvikler og forsker ved Sintef.

– Noen av materialene i panelene er også klassifisert som potensielt farlige, sier han.

Dette inkluderer diverse typer av polymerer, metall og metalliske legeringer.

– Målet er å kunne gjenvinne hele solcellepanelet. Én løsning er eksempelvis å utvikle en ny teknologi som kan åpne solcellepanelene og hente ut solceller til gjenvinning.

Stor variasjon hindrer automatisert håndtering

En av hovedutfordringene for gjenvinning av panelene er at det er så stor variasjon i teknologien og produksjonen, sier Bellmann.

– Skal man kjøre resirkulering i stor skala, med en grad av lønnsomhet, må prosessen være strømlinjeformet. Med dagens mangfold av ulike paneler med forskjellige design og størrelser, blir det vanskelig for gjenvinningsanlegg å utvikle automatiserte prosesser for håndtering av disse.

– En annen løsning er å designe panelene slik at solcellene kan hentes ut og åpnes uten å måtte knuses. Men, resirkulering må gjøres lønnsomme for produsentene, enten gjennom reglement og forskrifter, eller at råvareprisene gjør gjenvinning lukrativt, sier Bellmann, og påpeker at silisiumprisen har økt fra 10 dollar til 30 dollar pr. kilo i løpet av kort tid.

Han ser også utfordringer knyttet til at pensjonerte solcellepaneler ender opp i utviklingsland.

– Når eldre paneler avinstalleres og sendes til fattige land for gjenbruk, kan det virke som en god gjerning, men hva skjer med panelene når de er oppbrukt? Mangel på kompetanse og teknologi i utviklingsland vil skape et stort avfallsproblem.

Myndighetene henger etter

Både Martin Bellmann og Birgit Ryningen mener det er stor usikkerhet knyttet til fremtidig håndtering av solcellepaneler.

– Solceller er uten tvil en kjempeviktig del av det grønne skiftet, men myndighetene henger etter. De har ikke tatt inn over seg at det kommer et avfallsproblem i kjølvannet av den massive installasjonsprosessen, sier Ryningen.

Hun mener det er mangel på helhetlig tankegang i skiftet, og at det er problematisk å gå fra fossile kraftkilder til flere fornybare – uten noen plan for gjenbruk og avfallshåndtering.

– Myndighetene skulle vært mer føre var og satt større krav også til produksjonen av solcellepaneler. Bare de heter «solceller» anses de pr. definisjon som miljøvennlige, men sammenligner man to forskjellige paneler, er det stor variasjon for bærekraft, knyttet til både produksjon og til gjenvinning, sier hun.

I likhet med vindturbinene har solcellepaneler også en oppgitt levetid på rundt 25 år.

– 25 år kan virke som lang tid, men det tar også lang tid å utvikle nye teknologier som kan øke graden av gjenvinning, sier Bellmann.

Men flere internasjonale prosjekter er i gang med å lete etter måter for bedre gjenvinning av solcellepaneler. Én av disse er en vannstråle som kan fjerne plastfilmen mellom lagene av materialer i cellene. På denne måten kan man hente ut blant annet sølv, silisium og kobber.

– Dette er dog ennå ikke på et nivå som kan kommersialiseres, understreker Bellmann.

– Vi har vist at det er mulig, men det trengs mer finansiering for å dra utviklingen videre.

Mens lønnsomhet ser ut til å ha drevet utviklingen av bærekraftig teknologi, tar mange produsenter og aktører nå inn-over seg at resirkulering settes høyere på agendaen og innser at det også kan bli et konkurransefortrinn.

Myndighetene og politikerne heier på bærekraft, fornybart og grønne løsninger, men har hatt et for kortsiktig perspektiv og manglet overblikk for både vind- og solkraft, og har dermed oversett et enormt avfallsproblem.

For fremtiden gjelder det åpenbart å tenke helhetlig fra start.