Kennisartikelen

Hoe duurzaam zijn windturbines?

Grootschalige windenergie is een bewezen technologie waarmee grote hoeveelheden duurzame stroom kan worden opgewekt. In vergelijking met andere bronnen van (duurzame) energie is windenergie ook vaak de goedkoopste. Maar grootschalige windenergie is ook heel zichtbaar in de leefomgeving en er moet ruimte voor worden gemaakt.

Met zo’n sleutelpositie en zichtbaarheid in de samenleving is het begrijpelijk dat grootschalige windenergie de aandacht trekt en vragen oproept, bijvoorbeeld over de duurzaamheid (of circulariteit) van die grote windturbines. Dit betreft een breed thema met een groot aantal onderliggende vragen. In deze FAQ gaan we hier op in, waarbij we proberen de antwoorden behapbaar te maken en toch recht te doen aan de complexiteit.

Samenvattend zult u zien dat:

• De energiebalans voor een windturbine over de gehele levensduur zeer positief is.
• Verwerking van oude windturbinebladen is een aandachtspunt. De oplossing om deze te verwerken in de cementindustrie wordt meer en meer toegepast.
• Windenergie is relatief materiaalintensief, maar daar staat tegenover dat er geen brandstof (olie, gas of kolen) wordt verbruikt.

Windenergie wordt beschouwd als een volledig hernieuwbare bron van energie en daarmee lijkt de opgewekte energie ook 100% duurzaam. Echter, bij de productie, transport, installatie, exploitatie en ontmanteling van windturbines komen ook broeikasgassen vrij. Er wordt bij windturbines ook vaak op gewezen dat de gebruikte materialen bij de winning en bewerking veel milieuschade tot gevolg hebben. Een bijzonder relevante vraag is dus: “welke milieueffecten worden veroorzaakt door elektriciteitsopwekking uit wind gedurende de gehele levenscyclus van een windturbine en hoe verhouden deze zich tot andere vormen van energieopwekking?” Hiervoor wordt de zogenaamde “Life-Cycle-Analysis” (LCA) methode gebruikt. Deze procedure brengt de mogelijke milieueffecten van een product gedurende de gehele levenscyclus in kaart, van de winning van grondstoffen tot het einde van de levensduur.

In de levenscyclusanalyses wordt naast het aardopwarmingspotentieel (global warming potential, GWP), ook andere milieueffectindicatoren bepaald zoals het verzuringspotentieel op de bodem en het milieu, het eutrofiëringspotentieel als maat voor de waterkwaliteit, het smogpotentieel als maat voor de luchtvervuiling, etc. De LCA-methode is vastgelegd in de internationale normen ISO 14040 en ISO 14044. Alle vooraanstaande windturbinefabrikanten voeren LCA-analyses uit op hun portfolio en stellen deze rapporten publiekelijk beschikbaar, bijvoorbeeld ook marktleider Vestas.

Twee recente LCA studies uit 2021 in opdracht van het Duitse Milieuagentschap (Umweltbundesambt) (zie *2) en de Economische Commissie van de Verenigde Naties voor Europa (UNECE) (zie *3), hebben de levenscyclusanalyses van elektrische opwek in het algemeen (waaronder wind- en zonne-energie) onderzocht op basis van de huidige technologische stand van zaken.

Tussen nu en 2050 zullen we overstappen van fossiele brandstoffen naar duurzame energiebronnen. Samen moeten we zorgen voor een duurzame, maar ook toekomstbestendige leefomgeving. Om deze doelen te behalen hebben we een mix van energiebronnen nodig. Zon, wind, biomassa en waterstof; ze behoren tot de bronnen waarmee je elektriciteit opwekt, bio- of groen gas kunt produceren.

De energietransitie is uitdagend. Het gaat om keuzes maken voor een duurzame toekomst. En hoe maak je de juiste keuzes? Het Startteam helpt het MKB en overheden met vragen over de energietransitie. Zowel inhoudelijk als op financieel gebied en netwerk.  Deze kennis delen we graag met iedereen. Daarom delen we de antwoorden over actuele thema’s waar veel vragen over worden gesteld. Na de eerste publicatie over waterstof, gaan we nu in op de duurzaamheid van windturbines.

Hoeveel broeikasgassen komen vrij door windturbines?

In de onderstaande tabel is het aardopwarmingspotentieel (GWP) gegeven voor moderne windturbines en zon-PV systemen in Duitsland en Europa voor beide studies. Het is duidelijk dat de broeikasgasuitstoot voor energie uit zon en wind niet nul is, maar wel minimaal ten opzichte van fossiele energie en vergelijkbaar met kernenergie. De resultaten voor de andere genoemde milieueffectindicatoren laten een vergelijkbaar beeld zien.

Wat is de energetische terugverdientijd van windturbines?

Een veelgehoorde veronderstelling over windenergie is dat de energiebehoefte om een turbine te maken en te installeren groter is dan de energie die door de turbine geproduceerd kan worden over de levensduur. Meer precies heeft deze zogenaamde energetische afschrijvingstijd (Energy Payback Time, EPBT) betrekking op de niet-hernieuwbare primaire energiebehoefte die nodig is voor productie, transport, installatie en ontmanteling van een windturbine. Dit wordt afgezet tegen de hoeveelheid niet-hernieuwbare primaire energie die wordt voorkomen door de opgewekte energie (minus een klein deel operationeel verbruik) per jaar door de windturbine. De energetische afschrijvingstijd is dus afhankelijk van het aandeel niet-hernieuwbare primaire energie in de referentie-elektriciteitsmix en factoren die de jaarlijkse elektriciteitsopbrengst van het systeem beïnvloeden. Daarom verschilt de energetische afschrijvingstijd van land tot land en van jaar tot jaar.

In de onderstaande tabel is de energetische afschrijving gegeven voor de Duitse en Deense situatie, zoals bepaald in de eerder genoemde Duitse LCA studie naar windenergie. Door het grotere aandeel duurzame energie in Denemarken, is het aandeel primaire energie in de Deense elektriciteitsmix lager en de terugverdientijd dus evenredig langer. In de tabel is te zien dat de primaire energie die wordt gebruikt bij de productie, transport, installatie, gebruik en ontmanteling van een moderne windturbine in alle gevallen binnen uiterlijk 1 jaar wordt teruggewonnen in de vorm van windenergie. Bij een gemiddelde levensduur van windturbines van 20 tot 25 jaar verdienen windturbines zichzelf vanuit een energetisch oogpunt dus ruimschoots terug, zelfs in landen die al vergaand verduurzaamd zijn.

Wat gebeurt er met oude windturbine bladen?

De meeste windturbines worden na ontmanteling doorverkocht. Op een andere locaties kunnen ze vaak nog goed ingezet worden. Ongeveer 20% van de materialen aan windturbines wordt na ontmanteling gerecycled. Technisch en economisch is het niet haalbaar is om bepaalde onderdelen opnieuw te gebruiken. Het is de verwachting dat het percentage afgedankte turbines de komende jaren sterk zal toenemen, omdat er minder ruimte beschikbaar is voor 2^e-hands turbines. Daarnaast zijn grotere en nieuwe turbines vaak een beter alternatief, in meerdere opzichten.

Ongeveer 85 tot 90% van de totale windturbine kan worden gerecycled (zie *4 en *5). De meeste onderdelen (de fundering, toren en de gondel) kunnen volledig worden gerecycled volgens de huidige standaarden en verwerkingsmethoden. Windturbinebladen zijn echter moeilijker te recyclen vanwege de composietmaterialen die worden gebruikt. In de komende vijf jaar worden naar verwachting 15.000 bladen (goed voor 40.000 tot 60.000 ton materiaal) van windturbines uit gebruik genomen (zie *4).

In Europa belanden de meeste bladen die niet kunnen worden hergebruikt of verbrand, op de vuilstort. In slechts vier landen – Duitsland, Oostenrijk, Nederland en Finland – is er een verbod op het storten (land fill) van afgedankte bladen. Hoewel er verschillende technologieën bestaan ​​om bladen te recyclen (zie *6) en een toenemend aantal bedrijven deze specifieke composietrecyclingdiensten aanbiedt, zijn deze oplossingen nog niet algemeen beschikbaar of kostenconcurrerend met storten (land fill).

De windindustrie onderkent dit probleem en heeft opgeroepen tot een stortverbod voor bladen vanaf 2025 in heel Europa. Ook is de eigen sector opgeroepen om actief in te zetten op 100% recycling van afgedankte bladen en verbindt de industrie zich ertoe om geen bladen buiten Europa te laten storten.

De meest toegepaste technologie voor het recyclen van composietafval, dat qua prijsniveau in de buurt komt van storten, is de route van cement co-verwerking (zie *5). Bij cement co-verwerking fungeert de kunststof matrix van het composiet als brandstof voor het cementproces en het onbrandbare glasvezel wordt benut als mineraal component voor het cementmengsel. Deze recyclingmethode is robuust, geschikt voor de verwerking van grote hoeveelheden composietmateriaal en biedt het voordeel dat het de ecologische voetafdruk van de cementproductie verkleint.

Partijen die via lokaal eigendom betrokken zijn bij windturbineprojecten kunnen in het voortraject erop aansturen dat voldoende financiële middelen worden gereserveerd om de turbinebladen aan het einde van de levensduur op een milieubewuste manier te recyclen.

Windturbines zijn materiaalintensief en gebruiken schaarse materialen

De toepassing van zeldzame aardmetalen (specifiek het element neodymium) heeft aan de basis gestaan ​​in het debat over mogelijke grondstoftekorten in relatie tot de uitbreiding van windenergie. Ondanks hun aanduiding zijn deze elementen niet specifiek zeldzaam, zoals platina of goud dat zijn. Neodymium heeft van nature sterke magnetische eigenschappen, waarmee permanente magneten geproduceerd worden die de basis vormen voor krachtige en compacte elektromotoren en generatoren. Het overgrote aandeel neodymium wordt dan ook toegepast in industriële motoren, de automobiel sector, elektronische apparaten (audio) en sensoren. Desondanks is het een terechte constatering dat windturbines materiaalintensief zijn.

Een energiesysteem op basis van duurzame energietechnologie verschilt sterk van ons huidige systeem gebaseerd op fossiele grondstoffen. Zon-PV installaties en windparken hebben geen brandstoffen nodig om te werken, maar voor de productie van deze installaties is over het algemeen meer materiaal per eenheid opwekcapaciteit nodig dan voor fossiele energie installaties. In Figuur 1 is te zien dat een onshore windturbine negen keer meer minerale grondstoffen nodig heeft in vergelijking met een gasgestookte centrale van dezelfde capaciteit (zie *8 en *9). Overigens zijn in de figuur de meest gebruikte grondstoffen staal en aluminium niet weergegeven omdat die niet als kritisch worden beschouwd en een hoge mate van recycling kennen.

De transitie naar schone energie betekent dus een verschuiving van een brandstofintensief naar een materiaalintensief systeem. Vergeleken met de levering van fossiele brandstoffen zijn de toeleveringsketens voor duurzame energie systemen nog complexer en vaak ook minder transparant. Daarbij zijn de benodigde mineralen en grondstoffen geografisch geconcentreerder dan die van olie of aardgas. Een feit is dat de belangrijkste mondiale producenten en leveranciers van essentiële grondstoffen voor de energietransitie buiten Europa liggen en sterk geconcentreerd zijn in een paar landen waarvan democratie, goed bestuur, het milieu of de mensenrechtensituatie onder druk staan. Dit is vooral het geval voor lithium, kobalt en zeldzame aardmetalen, waarvan de top drie producerende landen meer dan driekwart van de wereldwijde productie in handen hebben. Een verstoring in de levering zou verstrekkende gevolgen kunnen hebben voor het tempo van de energietransitie en de lange termijndoelstellingen voor het klimaat (zie *8 en *9).

De gevolgen van mogelijke onderbrekingen in de toeleveringsketen zijn echter niet zo verstrekkend als die voor olie en gas. Een oliecrisis heeft grote gevolgen voor alle voertuigen die op brandstof rijden. Uitgestelde of beperkte levering van aardgas uit bijvoorbeeld Rusland heeft direct invloed op de energieprijzen voor consumenten en het dagelijks leven. Daarentegen beïnvloeden fluctuaties in de levering of prijs van mineralen benodigd voor de productie van batterijen, zonnepanelen en windturbines alleen de levering van die nieuw geproduceerde producten. Een bijkomend verschil is dat fossiele brandstoffen verbruikt worden en continu moeten worden aangevuld, terwijl materialen onderdeel worden van de infrastructuur, met het potentieel om te worden gerecycled en teruggewonnen aan het einde van de levensduur van de systemen.

Het is wel van groot belang dat de windindustrie (en alle industrie en MKB in Nederland in het algemeen) de controles op milieu en naleving van mensenrechten in de toeleveringsketen intensiveert en erop toeziet dat het hergebruik van materialen bij einde levensduur zo hoog mogelijk is, in lijn met de aanbevelingen die de  Stichting Onderzoek Multinationale Ondernemingen doet in hun onderzoek uit 2018 (zie *10) en  2019 (zie *11). Evenzo mogen alle partijen die betrokken zijn bij windprojecten, turbineproducenten wijzen op hun verantwoordelijkheden en vragen om implementatie van processen om nadelige gevolgen voor mensenrechten en milieu in de toeleveringsketen te identificeren, voorkomen, mitigeren en herstellen.

Referenties

*1: P. G. Priyanka Razdan, „Life Cycle Assessment of Electricity Production from an onshore V136-4.2 MW Wind Plant,” Vestas Wind Systems A/S, Aarhus, November 2019
*2: Sphera Solutions GmbH, Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP, „Aktualisierung und Bewertung der Ökobilanzen von Windenergie- und Photovoltaikanlagen unter Berücksichtigung aktueller Technologieentwicklungen,” Umweltbundesamt, Dessau-Roßlau, Mai 2021
*3: United Nations Publications, „Life Cycle Assessment of Electricity Generation Options,” United Nations Economic Commission for Europe, Geneva, 2021
*4: Ramboll Environment & Health GmbH, RWTH Aachen, „Entwicklung eines Konzepts und Maßnahmen für einen ressourcensichernden Rückbau von Windenergieanlagen,” Umweltbundesamt, Dessau-Roßlau, Juli 2019
*5: WindEurope, Cefic and EuCIA, „Accelerating Wind Turbine Blade Circularity,” WindEurope, Brussels, Belgium, May 2020
*6: ETIPWind – European Technology and Innovation Platform on Wind Energy, „How wind is going circular – Blade recycling,” September 2019. [Online]. Available: https://etipwind.eu/files/reports/ETIPWind-How-wind-is-going-circular-blade-recycling.pdf
*7: Press release WindEurope, „Wind industry calls for Europe-wide ban on landfilling turbine blades,” WindEurope, 16 June 2021. [Online]. Available: https://windeurope.org/newsroom/press-releases/wind-industry-calls-for-europe-wide-ban-on-landfilling-turbine-blades/
*8: S. Carrara, P. Alves Dias, B. Plazzotta en C. Pavel, „Raw materials demand for wind and solar PV technologies in the transition towards a decarbonised energy system,” Publication Office of the European Union, Luxembourg, 2020
*9: IEA, „World Energy Outlook Special Report – The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions,” International Energy Agency (IEA), Paris, May 2021
*10: Stichting Onderzoek Multinationale Ondernemingen, „Human rights in wind turbine supply chains – Towards a truly sustainable energy transition,” Commissioned by ActionAid, Amsterdam, January 2018
*11: Stichting Onderzoek Multinationale Ondernemingen, „Human Rights in Wind Turbine Supply Chains Update 2019,” Commissioned by ActionAid, Amsterdam, November 2019