1 of 45

Ανακύκλωση εξαρτημάτων εξοπλισμού ανανεώσιμων πηγών ενέργειας

1

27/5/2020

ΟΜΑΔΑ 0

Αθανασίου Ελευθερία ΑΜ : 1018961

Ακτύπης Ανδρέας ΑΜ : 1047579

Νάνου Παρασκευή ΑΜ : 1020047

Ταρσάνης Θεόδωρος ΑΜ : 1047593

Υπεύθυνος καθηγητής : Κορνάρος Μιχαήλ

2 of 45

Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας

2

27/5/2020

Λύση στο πρόβλημα εξάντλησης ορυκτών καυσίμων

Φιλικές προς το περιβάλλον (πράσινη ενέργεια)

Ανεξάντλητες

Μικρή απόδοση (έως 30%)

Συμπληρωματικές

Αιολική ενέργεια

Ηλιακή ενέργεια

Υδραυλική ενέργεια

Βιομάζα

Γεωθερμική ενέργεια

Ενέργεια από τη θάλασσα

Ωσμωτική ενέργεια

3 of 45

Ανακύκλωση

3

27/5/2020

Μείωση όγκου απορριμμάτων

Εξοικονόμηση ενέργειας και φυσικών πόρων

Όχι εκ νέου παραγωγή πρώτης ύλης

Μείωση ρύπανσης

  • Επαναχρησιμοποίηση απόβλητων υλικών
  • Μείωση των βλαβερών για το περιβάλλον υλικών σε λιγότερο ή καθόλου

4 of 45

Φωτοβολταικά

  • Βασική πηγή ανανεώσιμης ενέργειας
  • Σχετικά Υψηλή απόδοση
  • Ελάχιστο περιβαλλοντικό αποτύπωμα λειτουργίας
  • Υποσχόμενη τεχνολογία (2017 400 GW / εκτίμηση 2050 4500 GW)
  • Ποικιλία φωτοβολταϊκών
  • Μέσος χρόνος ζωής: 20-25 χρόνια

4

27/5/2020

5 of 45

Είδη Φωτοβολταϊκών

5

27/5/2020

    • c-Si (Πολυκρυσταλλική και Μονοκρυσταλική)
    • Περίπου το 80% της παγκόσμιας αγοράς

1ης Γενιάς

    • Thin film (flexible substrate)
    • Σχετικά φθηνά
    • Χρήση μετάλλων και κραμμάτων (Cd,Te,Ga,In, Pb, Cr κτλ.)

2ης Γενιάς

    • Βασισμένα στην τεχνολογία Thin film
    • Χρήση προηγμένων υλικών (οπτικές ίνες CPV, organic cells)
    • Πολύ υψηλές αποδόσεις
    • Ευρύτατη μελλοντική χρήση

3ης Γενιάς

6 of 45

Αρχή Λειτουργίας

  • Αξιοποίηση ηλιακής ακτινοβολίας προς παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (Photovoltaic effect)
  • Φωτόνια -> Διέγερση ηλεκτρονίων στον ημιαγωγό-> Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας

6

27/5/2020

7 of 45

Υλικά (1ης Γενιάς)

7

27/5/2020

    • Χρήση για λόγους προστασίας
    • Front and back cover

Γυαλί (tempered)

    • Αλουμινένιο πλαίσιο
    • Άλλα (χαλκός, ατσάλι κτλ.)

Μέταλλα

    • EVA
    • Προστασία ημιαγωγών

Ρητίνη Πολυμερούς

    • Κρυσταλλικό Πυρίτιο (1ης)
    • CdTe, CIGS κτλ. (2ης)
    • Κράματα υπό έρευνα

Ημιαγωγοί

Λόγω της σύνθετης δομής και της ποικιλίας υλικών, υπάρχουν πολλοί και διαφορετικοί λόγοι φθοράς του πάνελ.

8 of 45

Φθορά Φωτοβολταϊκών (Αίτια)

8

27/5/2020

    • Ηλιακή ακτινοβολία -> Υψηλές θερμοκρασίες
    • Μεγάλες αλλαγές θερμοκρασιών
    • Υγρασία
    • Καιρικά φαινόμενα (αέρας, βροχή, χαλάζι, χιόνι)
    • Σκόνη & Άμμος
    • Άλατα (ειδικά κοντά σε θάλασσα)

Περιβαλλοντικοί παράγοντες

    • Μεταφορά
    • Εγκατάσταση
    • Συντήρηση

Ανθρωπογενείς παράγοντες

    • Φυσική γήρανση υλικών

Φυσικά αίτια

9 of 45

Φθορά Φωτοβολταϊκών (Συνέπειες)

  • Δημιουργία ρωγμών
  • Θάμπωμα και αποχρωματισμός επιφανειών
  • Αποσύνθεση πολυμερούς
  • Διάβρωση μετάλλων
  • Αλλοίωση συνδέσεων, καλωδιώσεων
  • Εξασθένηση ημιαγωγών

9

27/5/2020

  • Μείωση απόδοσης
  • Αυξημένα κόστη συντήρησης
  • Αχρήστευση Εξοπλισμού

End Of Life (EOL) Management

10 of 45

Διαχείριση των EOL

IRENA, 2016: 250,000 t αποβλήτων παγκοσμίως

Πρόβλεψη για τεράστια αύξηση (2030 → +80%) ,ιδίως στην Ασία

    • Απόρριψη σε ΧΥΤΑ
      • Επικρατέστερη σήμερα μέθοδος
      • Χαμηλό κόστος
      • Ευκολία
    • Καύση εξοπλισμού προς ανάκτηση μετάλλων
      • Εφαρμογή σε αναπτυσσόμενες χώρες
      • Έκλυση καρκινογόνων ουσιών
      • Λιγότερο επιθυμητή μέθοδος
    • Ανακύκλωση & επαναχρησιμοποίηση υλικών Συμφέρουσα μόνο για ορισμένα υλικά υψηλής αξίας
    • Διάθεση εξοπλισμού σε αναπτυσσόμενες χώρες
    • Υλικό για έρευνα

10

27/5/2020

11 of 45

Tο πρόβλημα της ανακύκλωσης

11

27/5/2020

Σύνθετες διατάξεις

Πολλά διαφορετικά υλικά

Ανάγκη ύπαρξης εξειδικευμένων εταιρειών για την αποσυναρμολόγηση του εξοπλισμού

Υψηλό κόστος αποσυναρμολόγησης και διανομής εξαρτημάτων

Όχι αρκετά εφαρμοσμένες μέθοδοι ανακύκλωσης

Χαμηλά περιθώρια κέρδους από ανακύκλωση (Μειωμένο κίνητρο)

12 of 45

Μέθοδοι ανακύκλωσης EOL

12

27/5/2020

Φυσικές Μέθοδοι

    • Εστιάζουν στην αποσυναρμολόγηση του πάνελ
    • Διαχωρισμός αλουμινένιου πλαισίου – Γυάλινης επιφάνειας
    • Συλλογή solar cells
    • Θρυμματισμός γυαλιού για περεταίρω επεξεργασία
    • Απαραίτητες για κάθε είδος επεξεργασίας

Θερμικές Μέθοδοι

    • Απομάκρυνση των πολυμερών (κυρίως EVA)
    • Αποτελεσματικές για την απομόνωση των βασικών υλικών
    • Μεγάλη κατανάλωση ενέργειας

Χημικές Μέθοδοι

    • Ανάκτηση μεταλλικών στοιχείων (Ag, Al, Cu, Si wafer)
    • Χρήση ισχυρών οξέων και βάσεων (HNO3 για Ag, KOH για Al κ.α.)
    • Σημαντικές μέθοδοι για τα Thin film PVs λόγω παρουσίας πολύτιμων ή βλαβερών μετάλλων

Συνδυασμός

    • Απαραίτητος για την πλήρη ανακύκλωση ενός EOL
    • Υπό έρευνα για ελαχιστοποίηση κόστους

13 of 45

Περίπτωση μελέτης (1/3)

13

27/5/2020

Θέρμανση πάνελ στους 600 oC για απομάκρυνση EVA

Χειρονακτικός διαχωρισμός γυαλιού, μετάλλων και solar cells

Διάθεση γυαλιού και μετάλλων για ανακύκλωση

Επαναχρησιμοποίηση των solar cells σε καινούριες εφαρμογές

Ανακυκλώσιμο πάνω από το 84% του βάρους του πάνελ

Περιορισμένη εφαρμογή της μεθόδου

  • Solar World, Γερμανία: Ανακύκλωση PV 1ης γενιάς (εστίαση στο γυαλί και το αλουμίνιο)

14 of 45

Περίπτωση μελέτης (2/3)

14

27/5/2020

Μηχανική διάσπαση του πάνελ σε μικρά κομμάτια (εν μέρει αποσύνδεση από EVA)

Εισαγωγή σε περιστρεφόμενο τύμπανο με οξύ και Η₂Ο₂ (διαχωρισμός του solar cell)

Διαχωρισμός του υπολειπόμενου μείγματος στερεού-υγρού

Λήψη γυαλιού και EVA από τα στερεά μέσω πλατφόρμα δόνησης

Εισαγωγή (πλούσιου σε μέταλλα) ρευστού σε μονάδα κατακρήμνισης προς δημιουργία στερεού υλικού

Κατάλληλη επεξεργασία από τρίτους για παραγωγή Cd, Te

Ανάκτηση 90% γυαλιού και 95% υλικά ημιαγωγού

  • First Solar, ΗΠΑ: Ανακύκλωση 2ης γενιάς CdTe Thin Film

15 of 45

Περίπτωση μελέτης (3/3)

15

27/5/2020

Μηχανική διάσπαση σε κομμάτια

Μεταφορά σε θάλαμο με ατμοσφαιρικό αέρα και θερμοκρασίας 300°C με αποτέλεσμα την πυρόλυση του EVA

Έκθεση εξαρτημάτων σε αέριο χλώριο σε θερμοκρασία 400°C προς παραγωγή CdCl2 και TeCl4

Παραλαβή των χλωριδίων μετά από ψύξη

Δεν υπάρχουν δημοσιευμένα δεδομένα ανάκτησης

  • ANTEC Solar GmbH, Γερμανία: Ανακύκλωση 2ης γενιάς CdTe/CdS Thin Film

16 of 45

Σύγκριση των παραπάνω διεργασιών

16

27/5/2020

Solar World

    • Υψηλός βαθμός ανάκτησης
    • Επαναχρησιμοποίηση των solar cells
    • Πιθανές ανεπιθύμητες βλάβες στο πάνελ λόγω υψηλής θερμοκρασίας
    • Εκπομπή βλαβερών αερίων

First Solar

    • Υψηλός βαθμός ανάκτησης
    • Αυτοματοποιημένες διεργασίες
    • Διάλυση των πάνελ
    • Μεγάλες απαιτήσεις σε ενέργεια
    • Σύνθετη διεργασία
    • Χρήση χημικών και ακριβού εξοπλισμού

ANTEC Solar

    • Υψηλός βαθμός ανάκτησης
    • Διάλυση των πάνελ
    • Σύνθετη διεργασία για την παραγωγή των χλωριδίων

17 of 45

Κανονισμοί και ενέργειες από φορείς

17

27/5/2020

    • 2008-2012: Ειδικές οδηγίες για συλλογή, επαναχρησιμοποίηση και ανακύκλωση εξοπλισμού
    • Συνυπολογισμός των αποβλήτων PV στα WEEE (Waste of Electrical and Electronic Equipment)
    • Έχουν τεθεί συγκεκριμένοι μελλοντικοί στόχοι
    • Έμφαση στην κοινωνική ευθύνη των εταιρειών
    • Απαγόρευση εξαγωγής των αποβλήτων από την Ευρώπη

Ευρωπαϊκή Ένωση

Λιγοστές ενέργειες από USA και Κίνα

18 of 45

Συμπεράσματα

18

27/5/2020

    • Σήμερα:
      • Οικονομικά συμφέρουσα η ανακύκλωση μόνο των Thin Film (χρήση πολυτιμότερων μετάλλων)
      • PV 1ης γενιάς: Φθηνά υλικά (Γυαλί & αλουμίνιο) -> Χαμηλό κέρδος -> Μικρό ενδιαφέρον από τις επιχειρήσεις
      • Μέθοδοι που επιβαρύνουν το περιβάλλον και την υγεία (σε βαθμό που συχνά προτιμάται η ταφή)
      • Συνεχώς αυξανόμενη η ανάγκη για αποτελεσματικότερες μεθόδους
      • Αδιαφορία πολλών κρατών απέναντι στην ανακύκλωση PV

    • Μέλλον
      • Πρόβλεψη για δραματική αύξηση του όγκου αποβλήτων (80%)
      • Διαρκής εξέλιξη της τεχνολογίας και των υλικών
      • Αποτελεσματικότερη αντιμετώπιση: Υποχρέωση ανακύκλωσης του εξοπλισμού από μέρους των εταιρειών μετά το πέρας λειτουργίας του

19 of 45

Ανεμογεννήτριες

19

27/5/2020

    • Αιολικό Πάρκο Παναχαϊκού
  • Στόχος της ΕΕ για αύξηση των ΑΠΕ κατά 20% έως το 2020 και μείωση των αερίων του θερμοκηπίου κατά 80-95% έως το 2050 → αιολική ενέργεια -ελκυστική λύση στο πρόβλημα της ηλεκτροπαραγωγής
  • «Καύσιμο» ανεξάντλητο, αποκεντρωμένο και δωρεάν
  • Δεν εκλύονται αέρια και άλλοι ρύποι
  • Οικονομική αναβάθμιση περιοχής από την ανάπτυξη αιολικής βιομηχανίας

20 of 45

Το πρόβλημα

20

27/5/2020

    • Αύξηση αποβλήτων σύνθετων υλικών (2050 → 800.000 t FRP)
    • Πλήρης ανακύκλωση του 85%-90% των ανεμογεννητριών (μέταλλα κυρίως)
    • Aπόρριψη του υπολειπόμενου 10%-15%(FRP) σε χώρους υγειονομικής ταφής ή για αποτέφρωση χωρίς ανάκτηση ενέργειας ή υλικού και πιθανή απελευθέρωση τοξικών υποπροϊόντων λόγω του συστατικού της μήτρας

21 of 45

Τύποι ανεμογεννητριών

21

27/5/2020

    • Οριζόντιου άξονα
    • Κάθετου άξονα

22 of 45

Αρχή λειτουργίας

  • Ανεμογεννήτρια-διάταξη μετατροπής της κινητικής ενέργειας του ανέμου σε ηλεκτρική
  • Η ισχύς τους μπορεί να είναι από λίγα Watt έως μερικά Megawatt με την τάση να είναι συνεχώς αυξητική
  • Το παραγόμενο ηλεκτρικό ρεύμα είναι ασυνεχές χρονικά, επειδή εξαρτάται από την ένταση του ανέμου, για αυτό και σε ένα αυτόνομο σύστημα θα πρέπει να προβλέπεται η ύπαρξη συσσωρευτών
  • Απόδοση ανεμογεννήτριας εξαρτόμενη από το ύψος τοποθέτησης του ρότορα και της ατράκτου
  • Αξιοπoίηση του 54% της ενέργειας του ανέμου λόγω διάφορων απωλειών

22

27/5/2020

Αέρας περιστρέφει τις λεπίδες του ρότορα οι οποίες συνδέονται με έναν άξονα

Ο άξονας χαμηλών

ταχυτήτων περνάει από το κιβώτιο ταχυτήτων και μεταφέρει την ενέργεια του σε έναν άλλον άξονα ο οποίος ονομάζεται άξονας υψηλών ταχυτήτων

Ο άξονας υψηλών ταχυτήτων θέτει σε λειτουργία μία γεννήτρια η οποία παράγει ηλεκτρικό ρεύμα

23 of 45

Δομή ανεμογεννήτριας

23

27/5/2020

ΑΝΕΜΟΜΕΤΡΟ

ΛΕΠΙΔΕΣ

ΦΡΕΝΟ

ΕΛΕΓΚΤΗΣ

ΚΙΒΩΤΙΟ ΤΑΧΥΤΗΤΩΝ

ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ

ΑΞΟΝΑΣ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ

ΑΞΟΝΑΣ ΧΑΜΗΛΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ

ΑΤΡΑΚΤΟΣ

ΡΟΤΟΡΑΣ

ΠΥΡΓΟΣ

ΑΝΕΜΟΔΕΙΚΤΗΣ

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΗΣ

ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ

24 of 45

ΔΟΜΗ ΡΟΤΟΡΑ

24

27/5/2020

Κέλυφος λεπίδων από σύνθετα υλικά

    • ίνες γυαλιού (GFRP) και άνθρακα (CFRP),αραμίδια ,ίνες βασάλτη κ.ά.
    • τύποι μήτρας: θερμοπλαστικοί, νανομηχανικά πολυμερή και σύνθετα υλικά
    • υλικά πυρήνα: ξύλο, (PVC, polyvinyl chloride)

Σκελετός από μέταλλα

    • χυτοσίδηρος
    • χάλυβας

25 of 45

ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ

25

27/5/2020

26 of 45

Αποσυναρμολόγηση χερσαίας ανεμογεννήτριας

  • Αποσυναρμολόγηση ανεμογεννήτριας στο τέλος του κύκλου ζωής της και όταν δεν είναι οικονομικά εφικτή η επισκευή της

26

27/5/2020

    • Απομάκρυνση λιπαντικών ελαίων και επικίνδυνων ουσιών από τον ρότορα

    • Ηλεκτρική αποσύνδεση γεννήτριας με αφαίρεση των καλωδίων

    • Αφαίρεση λεπίδων, διακλαδωτή, ατράκτου και πύργου

    • Μεταφορά κάθε τμήματος σε διαφορετικό χώρο ανακύκλωσης ανάλογα με το υλικό κατασκευής του

27 of 45

Αποσυναρμολόγηση υπεράκτιας ανεμογεννήτριας

27

27/5/2020

    • Ίδια διαδικασία με επιπλέον μεταφορά στη στεριά
    • Τμήμα της θεμελίωσης παραμένει θαμμένο στον πυθμένα της θάλασσας ,ενώ τα καλώδια απομακρύνονται
    • Υψηλό κοστος σε σχέση με τις χερσαίες ανεμογεννήτριες
    • Έρευνα για την εύρεση εναλλακτικών μεθόδων απομάκρυνσης πχ.(Κοπή ανεμογεννήτριας από πύργο και μεταφορά στη στεριά)🡪Μέθοδος εγείρει ζητήματα ασφάλειας για τους θαλάσσιους οργανισμούς , τον άνθρωπο και την ανεμογεννήτρια

28 of 45

Ανακύκλωση μετάλλων από ανεμογεννήτριες�

28

27/5/2020

Αλουμίνιο

    • 95% λιγότερη κατανάλωση ενέργειας σε σχέση με την παραγωγή αλουμινίου από πρώτες ύλες, υλικό με μεγάλη αξία ως απόβλητο
    • Απλή και οικονομική διαδικασία
    • Συνεχής ανακύκλωση καθαρού αλουμινίου χωρίς συνέπειες στις ιδιότητες του υλικού
    • Σε περίπτωση μεγάλου ποσοστού προσμίξεων από άλλα υλικά χρειάζεται να γίνει προσθήκη καθαρού αλουμινίου για να αυξηθεί η καθαρότητα του τελικού κράματος

Χαλκός

    • Εύκολη ανακύκλωση που μπορεί να φτάσει μέχρι και το 90% της τιμής του καινούργου χαλκού
    • Αρχικά την τήξη σκραπ υψηλής καθαρότητας σε κλίβανο ανόδου και στη συνέχεια την χύτευση σε πλίνθους. Το σκραπ χαμηλής καθαρότητας καθαρίζεται αρχικά σε λουτρό θειικού οξέος και στην συνέχεια τήκεται σε κλίβανο τύπου Kaldo ή TSL

Χάλυβας

    • Απεριόριστη ανακύκλωσή διατηρώντας την απόδοσή και τις βασικές του ιδιότητες
    • Μέθοδος Καμίνου οξυγόνου (BOF) → λιγότερες δυνατότητες απομάκρυνσης των ανεπιθύμητων στοιχείων
    • Μέθοδος Κλίβανου ηλεκτρικού τόξου (EAF) → απομάκρυνση πολλών από τα πρόσθετα στοιχεία στη διαδικασία της τήξης, το κράμα που προκύπτει δεν έχει πάντα την επιθυμητή σύσταση, προορίζεται για συγκεκριμένες χρήσεις με λιγότερες απαιτήσεις όσον αφορά την καθαρότητα του χάλυβα

Χυτοσίδηρος

    • Παρόμοια με τον χάλυβα
    • Εφικτή η επανειλημμένη ανακύκλωση χωρίς πτώση ποιότητας

29 of 45

Σύνθετα υλικά

29

27/5/2020

30 of 45

30

27/5/2020

Εμπορικές μέθοδοι ανακύκλωσης σύνθετων υλικών

31 of 45

31

27/5/2020

Κοπή σύνθετων υλικών

Υδροκοπή

    • Kοπή με συμβολή νερού υψηλής πίεσης(ποικίλων υλικών και μετάλλων)
    • διαδικασία φιλική προς το περιβάλλον ,αλλά με μεγάλη κατανάλωση νερού
    • Χρονοβόρα

Συρματοκοπή

    • Κοπή με χρήση αδαμαντοφόρου χαλύβδινου σύρματος (διάφορα υλικά ,μέταλλα και ξύλο)
    • Διαδικασία φιλική προς το περιβάλλον με επαναχρησιμοποίηση νερού

Δισκοπρίονο

    • διαφορετικοί τύποι και μεγέθη δισκοπρίονων ,από φορητά μηχανήματα μέχρι υδραυλικά πριόνια
    • Παραγωγή σκόνης και θορύβου
    • Δυνατότητα εξαγωγής επιλεγμένων υλικών.

Υδραυλικός κόφτης

    • Πιο κοινή μέθοδος
    • Εκπομπή σκόνης και ινών κατά την κόπή –χρήση νερού σε μορφή σπρέι για καθαρισμό περιοχής

32 of 45

Μηχανική επεξεργασία�

32

27/5/2020

Κοπή

Μύλος σφύρας→ θρυμματισμός και άλεση

Κόσκινο→ διαχωρισμός ίνες και ρητίνες

33 of 45

Θερμική επεξεργασία(Πυρόλυση)

33

27/5/2020

Πραγματοποίηση σε θερμοκρασίες 450°C - 600°C ανάλογα με το υλικό της μήτρας και τις συνθήκες πίεσης

Εφαρμογή χαμηλών θερμοκρασιών σε πολυεστερικές μήτρες, ενώ υψηλές σε εποξικές ή θερμοπλαστικές

Προκύπτουν έλαια, αέρια και στερεά προϊόντα, όπως ίνες, υλικά πλήρωσης (εάν υπάρχουν) και τέφρα

Χρήση μικρής ποσότητας οξυγόνου για ελαχιστοποίηση σχηματισμού τέφρας

CFK στη Γερμανία→πυρόλυση και λαμβάνει ροές αποβλήτων από αθλητικά είδη για να διανείμει τις ανακτημένες ίνες ως ψιλοκομμένα και αλεσμένα προϊόντα.

34 of 45

Παραγωγή τσιμέντου

34

27/5/2020

Καύση σύνθετων υλικών με γυάλινες ίνες σε κλίβανο παραγωγής τσιμέντου

Παραγωγή ενέργειας για τροφοδοσία θερμότητας κλιβάνου

Ανάμειξη υπολειπόμμενων ινών με άλλα υλικά για παραγωγή ενισχυμένου τσιμέντου

Neocomp- Γερμανία: το εργοστάσιο διαλύει τα GFRP και στη συνέχεια τα συνδυάζει με κατάλοιπα παραγωγής χαρτιού για να δημιουργήσει μια πρώτη ύλη για τσιμέντο

35 of 45

Σύγκριση των παραπάνω διεργασιών

35

27/5/2020

    • Μηχανική επεξεργασία
      • Ανάκτηση ινών και ενέργειας
      • Ανακύκλωση μήτρας από θερμοπλαστικό υλικό
      • Εξάρτηση μηχανικών ιδιοτήτων των ινών από συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης της πυρόλυσης
      • Μη συμφέρουσα διαδικασία για την ανάκτηση ινών γυαλιού (μείωση μεγέθους →μείωση αντοχής→ μη επαναχρησιμοποίηση. Εξαίρεση : θερμοπλαστική μήτρα – χαμηλές θερμοκρασίες →μικρές αλλοιώσεις ινών
      • Ανάκτηση ινών άνθρακα με διατήρηση 90% των μηχανικών ιδιοτήτων – περαιτέρω επεξεργασία: πέλλετ, σκόνη(επένδυση σε εποξικά υλικά) , μικρά κομμάτια ή ύφασμα(θερμομονωτικά)
    • Θερμική επεξεργασία(Πυρόλυση)
      • Χρήση ανακτώμενων υλικών ως καύσιμο, πλούσια σε συστατικά οργανικής ρητίνης
      • Καταστροφή ινών → αδυναμία παραγωγής σύνθετων υλικών
      • Χρήση ανακτώμενων υλικών για πλήρωση ή ενίσχυση→ μη εμπορικά βιώσιμη λόγω χαμηλού κόστους άλλων υλικών
    • Παραγωγή τσιμέντου
      • Αποδοτικότερη της αποτέφρωσης

36 of 45

Ερευνητικές μέθοδοι ανακύκλωσης σύνθετων υλικών

36

27/5/2020

37 of 45

37

27/5/2020

Χημική επεξεργασία

Πανεπιστήμια LTN και ICAM της Νάντης

    • Μέθοδος διάλυσης πολυμερικής μήτρας με χρήση οργανικού διαλύτη σε θερμοκρασίες < 400°C
    • Εφαρμογή σε σύνθετο υλικό γυάλινων ινών με πολυμερική μήτρα και χρήση διαλύτη(νερό, αλκοόλες ή οξύ) για διάσπαση των δεσμών της μήτρας
    • Ανάκτηση ινών γυαλιού με μειωμένες μηχανικές ιδιότητες λόγω κυρίως θερμοκρασίας

Πανεπιστήμια Shenzhen Chongquing της Κίνας

    • Ηλεκτροχημική μέθοδος για ανακύκλωση άνθρακα από GFRP
    • Διεξαγωγή πειραμάτων με διαφορετικές συγκεντρώσεις NaCl στο διάλυμα και εντάσεις ρεύματος
    • Ανάκτηση άνθρακα με μέγιστη αντοχή 20% λιγότερη σε σχέση με τον καινούριο άνθρακα σε διάλυμα συγκέντρωσης 3% NaCl και έντασης ρεύματος 25mA
    • Αύξηση της συγκέντρωσης ηλεκτρολυτών δεν βελτιώνει την απόδοση και οδηγεί σε σοβαρή οξείδωση και χλωρίωση στην επιφάνεια των προϊόντων
    • Απλή και οικονομική διαδικασία

38 of 45

��Θερμική επεξεργασία

38

27/5/2020

Πανεπιστήμιο του Nottingham

    • Τεχνολογία για ανάκτηση ινών C από σύνθετα υλικά με χρήση FBR
    • Αντιδραστήρας με διάτρητη επιφάνεια πάνω στην οποία τοποθετείται το υλικό που θα διαχωριστεί με την παροχή αέρα θερμοκρασίας (>500°C)
    • Οξείδωση οργανικών υλικών, διαχωρισμός ινών άνθρακα, ρευστοποίηση ινών→ αιωρούμενα σωματίδια
    • Συλλογή(μηχανισμός αναρρόφησης) χωρίς επιπλέον επεξεργασία καθαρισμού
    • Κατανάλωση μεγάλων ποσών ενέργειας
    • Ανάκτηση ινών με χαμηλότερες μηχανικές ιδιότητες σε σύγκριση με άλλες μεθόδους

Οι Αkesson, Foltynowicz, Christeen και Skrifvars

    • Ανακύκλωση σύνθετων υλικών με ίνες γυαλιού → πυρόλυση με χρήση μικροκυμάτων
    • Τεμαχισμός των λεπίδων σε μικρότερα κομμάτια (7-30 mm), πυρόλυση σε περιβάλλον αζώτου και θερμοκρασία 300°C-600°C
    • Ανάκτηση του 70%, ύπαρξη υπολειμμάτων μη αποικοδομημένου πολυεστέρα -περεταίρω χημική επεξεργασία
    • Γρήγορη διαδικασία, δυνατότητα εξοικονόμησης ενέργειας η οποία όμως ακόμα, δεν προσφέρει μία λύση που μπορεί να εφαρμοστεί σε εμπορική κλίμακα

39 of 45

Παραγωγή πολυμερούς κονιάματος

39

27/5/2020

Πανεπιστήμιο του Πόρτο στην Πορτογαλία

    • Χρήση αποβλήτων από GFRP σε κονιάματα με βάση πολυεστέρα
    • Μελέτη τεσσάρων διαφορετικών περιεκτικοτήτων σε ανακυκλωμένο GFRP(λεπτόκοκκο και χονδρόκοκκο) και αξιολόγηση της αντοχή τους
    • Αύξηση απόδοσης του κονιάματος από άποψη μηχανικής αντοχής σε ποσοστό μέχρι 8% της συνολικής μάζας του.Επιπλέον αύξηση της ποσότητας του υλικού → προοδευτική μείωση των μηχανικών ιδιοτήτων
    • Καλύτερος συνδυασμός όλων των παραγόντων που μεγιστοποιούν την αντοχή επιτεύχθηκε για περιεκτικότητα 8% χονδρόκοκκου ανακυκλωμένου GFRP

40 of 45

40

27/5/2020

Οι σύνθετες τεχνολογίες ανακύκλωσης για τα GFRP και CFRP είναι:

    • Με βιοτεχνολογική μέθοδο, με χρήση μικροοργανισμών για την αποικοδόμηση της μήτρας
    • Μέσω χημικής ανακύκλωσης, δηλαδή με χρήση διαλυτών (νερό, αλκοόλη και οξύ) για να διασπαστούν οι δεσμοί της μήτρας σε συνήθως αυξημένες θερμοκρασίες και επίπεδα πίεσης
    • Μέσω ηλεκτροχημικής μεθόδου, εφαρμογή ενός ηλεκτρικού ρεύματος μέσω ενός διαλύματος ηλεκτρολύτη για την αποικοδόμηση της μήτρας.
    • Μέσω ρευστοποιημένης κλίνης (fluidised bed), αποσύνθεση της μήτρας μέσω ρευστοποιημένου αέρα σε συγκεκριμένη θερμοκρασία.
    • Μέσω κατακερματισμού υψηλής τάσης (high voltage fragmentation method), χρήση υψηλής τάσης για τη δημιουργία κυμάτων πίεσης κατά μήκος καναλιών πλάσματος για την αποσύνθεση υλικών στο νερό.
    • Μέσω μηχανικής μεθόδου, μείωση μεγέθους και διαχωρισμός σε σκόνη και ινώδη κλάσματα.
    • Μέσω πυρόλυσης μικροκυμάτωνν (microwave pyrolysis), αποσύνθεση της μήτρας με θέρμανση μικροκυμάτων σε αδρανή ατμόσφαιρα.

41 of 45

Επαναχρησιμοποίηση της λεπίδας FRP ή μεγάλων μερών της σε νέες δομικές εφαρμογές (1/2)�

41

27/5/2020

    • Σκεπές κτηρίων
    • Γέφυρα
    • Στάση λεωφορείου

42 of 45

42

27/5/2020

Επαναχρησιμοποίηση της λεπίδας FRP ή μεγάλων μερών της σε νέες δομικές εφαρμογές (2/2)

    • Παιδική χαρά
    • Φεστιβάλ
    • Πλατεία

43 of 45

Συμπεράσματα

43

27/5/2020

  • Aνάπτυξη βέλτιστων τεχνολογιών ανακύκλωσης ικανών για μέγιστη ανάκτηση από άποψη υλικών και ενέργειας

  • Σύνθεση νέων σύνθετων υλικών που διατηρούν εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες και είναι δεκτά στην ανακύκλωση

  • Δημιουργία κατάλληλου νομικού πλαισίου που θα περιορίζει τις αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις που προέρχονται από τα απόβλητα των ΑΠΕ, στο μεγαλύτερο δυνατό βαθμό

44 of 45

Βιβλιογραφία

  1. ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΥΛΙΚΩΝ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΝΤΑΙ ΣΕ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ, ΚΑΛΛΙΟΠΗ ΜΑΥΡΟΚΩΣΤΙΔΟΥ Διπλ. Μηχανικός Παραγωγής και Διοίκησης 2019
  2. Constantinos S. January ,2019, A Review of the Potential for the Recovery of Wind Turbine Blade Waste Materials
  3. https://www.offshorewindindustry.com/news/first-ever-decommissioning-offshore-wind-0
  4. Sumkin Kang ,2012, Experimental investigations for recycling of silicon and glass from waste photovoltaic modules
  5. Jing Tao, 2015, Review on feasible recycling pathways and technologies of solar photovoltaic modules
  6. J.P. Jensen, 2018, Wind turbine blade recycling: Experiences, challenges and possibilities in a circular economy
  7. Kristen Skelton, 2017, Discussion paper on managing composite blade waste
  8. Md. Shahariar Chowdhury , 2020, An overview of solar photovoltaic panels’ end-of-life material recycling
  9. Flavia C.S.M Padoan, 2018, Recycling of end of life photovoltaic panels: A chemical prospective on process development

44

27/5/2020

45 of 45

45

27/5/2020