Abrieb

Die Menge Mikroplastik, die von den Rotorblättern stammt, ist im Vergleich mit anderen Quellen unbedeutend. Es gibt auch keine Hinweise, dass die Windkraft eine bedeutsame Verbreitungsquelle von PFAS ist. Außerdem wird nach Angaben aller Beschichtungshersteller heute bei der Herstellung von Polyurethanbeschichtungen kein Bisphenol A verwendet.

Mikroplastik und Windräder

Die Flügelspitzen von Windrädern können abhängig von der Windstärke eine Geschwindigkeit von bis zu 300 km/h erreichen. Dadurch wird das Material stark belastet und es können sich kleine Partikel von der Oberfläche ablösen. Bei der Erosion von Rotorblättern sind vor allem die Beschichtungsmaterialien (Lacke, Folien) betroffen, die die Oberfläche schützen und glatt machen. Diese Abnutzungserscheinungen werden bei regelmäßigen Wartungs- und Reparaturarbeiten möglichst gering gehalten, da sie die Leistungsfähigkeit der Anlagen beeinflusst. Darüber hinaus werden die verbauten Materialien laufend weiter verbessert, um sie noch widerstandsfähiger zu machen.

Der Deutsche Bundestag hat 2020 eine Worst-Case-Abschätzung für alle Windkraftanlagen (rd. 31.000) in Deutschland durchgeführt und kam auf einen maximalen Abrieb von 1.395 Tonnen pro Jahr. Der tatsächliche Wert liegt aber sehr wahrscheinlich deutlich niedriger – bei wenigen 100 Gramm pro Anlage pro Jahr. Die Autoren einer 2024 veröffentlichte Studie der Technischen Universität Dänemark weisen darauf hin, dass diese Werte hundert- oder tausendmal geringer sind als der erodierte Kunststoff von Schuhen und Reifen. Eine weitere Studie, die im Wind Energy Science Journal von Caboni et al. (2024) veröffentlicht wurde, errechnen die Forscher:innen, dass die bei Offshore-Windturbinen in den Niederlanden derzeit freigesetzte Menge Mikroplastik, lediglich einen sehr kleinen Teil des gesamten in den Niederlanden freigesetzten Mikroplastiks ausmacht: weniger als 1 ‰ (ein Promille) oder 0,1 %.

Mikroplastik-Quellen

Betrachtet man die verschiedenen Mikroplastik-Quellen sieht man schnell, dass die Windkraft dabei kaum eine Rolle spielt.

Das Fraunhofer-Institut führte 2018 in einer Studie 30 Mikroplastik-Quellen und deren jährliche Mengen für Deutschland an. Der absolute Spitzenreiter, im negativen Sinn, bei den untersuchten Quellen ist der Straßenverkehr durch den Abrieb von Reifen und Bitumen im Asphalt, der für über 50 % des produzierten Mikroplastiks pro Jahr in Deutschland verantwortlich ist. Besonders viel Mikroplastik entsteht auch bei der Abfallentsorgung (10 %), rund 30 % des Mikroplastiks stammt aus „sonstigen Quellen“, dazu zählen unter anderem Pelletverluste, Sport- und Spielplätze, Baustellen, Kunststoffverpackungen, Farben und Lacke sowie die Landwirtschaft. Auf die Erosion von Windrädern entfallen maximal gerade einmal 0,6 %. Durch die Wäsche von Textilien entsteht 4,5-mal mehr Mikroplastik und der Abrieb von Schuhsohlen ist mit 3,8 % sogar über sechsmal höher als jener von Windrad-Rotorblättern. Die Menge an Mikroplastik, die von den Rotorblättern der Windräder stammt, ist somit im Vergleich mit anderen Quellen unbedeutend.

Weiterführende Links

• Deutscher Bundestag: Zu einem Einzelaspekt der Erosion von Rotorblättern von Windrädern (2020)

• Windkraft Böblingen: Mikroplastik und Windräder

• North Wind: Faktisk.no debunks wild microplastic claim

• Viking Energy

• American Clean Power

• Technische Universität Dänemerk: Microplastics Emission from Eroding Wind Turbine Blades (2024)

• Studie: Estimating microplastics emissions from offshore wind turbine blades in the Dutch North Sea (2024)

Downloads

• Fraunhofer Institut: Kunststoffe in der Umwelt: Mikro- und Makroplastik

PFAS und Windkraftanlagen

Derzeit liegen keine Hinweise vor, dass die Windkraft eine bedeutsame Verbreitungsquelle von PFAS ist, auch wenn diese Stoffe teilweise in Windrad-Komponenten zum Einsatz kommen. Sie werden dort vor allem wegen ihrer besonderen Eigenschaften zur Haltbarkeit und Stabilisierung gegen Partikelerosion eingesetzt.

Die Windindustrie verwendet bereits PFAS-freie Beschichtungen für die Rotorblätter, erklärte der europäische Branchenverband für Windenergie WindEurope (2023). Einzelne andere Komponenten und Materialien können PFAS enthalten. Es wird aber kontinuierlich geprüft, ob PFAS-freie Alternativen verfügbar sind und diese dann zum Einsatz kommen können.

Was sind PFAS?

PFAS (Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen) sind eine Klasse tausender Stoffe, die in Industrie und Haushalt weit verbreitet sind. Ihre C-F-Verbindungen zählen zu den stabilsten und stärksten Verbindungen die bekannt sind. PFAS werden aufgrund ihrer wasser-, schmutz- und fettabweisenden Eigenschaften sowie ihrer Stabilität und Langlebigkeit gezielt eingesetzt und finden bei Textilien (z. B. Wanderbekleidung, Schutzausrüstung, technische Textilien) oder Materialien, die in Kontakt mit Lebensmittel kommen sowie Verpackungen Anwendung. Sie verlängern die Haltbarkeit bzw. Lebensdauer bzw. sind überhaupt erst für die einwandfreie Funktion dieser Produkte verantwortlich.

Da sie eine besonders hohe Vielfalt in ihren Auswirkungen und Transportmechanismen aufweisen, sind sie bisher nur zum Teil erforscht. Unglücklicherweise können viele PFAS jedoch auch bioakkumulierend und toxisch für diverse Ökosysteme, Organismen und den Menschen sein. Aufgrund ihrer extremen Persistenz werden sie in der Umwelt nicht abgebaut, können über weite Strecken transportiert und global in diversen Umweltmedien und in Lebewesen nachgewiesen werden. Sie werden daher „Ewigkeitschemikalien“ genannt. Allerdings sind nicht alle PFAS gleich, und sie können sehr unterschiedliche Umweltauswirkungen haben. So sind andere PFAS nicht bioakkumulierbar und zerfallen nach 30 Jahren in nicht gefährliche Verbindungen.

In der Umwelt treten PFAS meist in wasserlöslichen Formen auf, etwa in Feuerlöschschäumen oder Pflanzenschutzmitteln und können so ins Gewässer gelangen. Sie kommen aber auch bei der Herstellung von hochtechnologischen Produkten wie z. B. Halbleitern bzw. bei Verchromungsprozessen, als Kältemittel und in vielen weiteren Bereichen zum Einsatz.

Schätzungen des Umweltbundesamtes (Kaiser, 2022) zufolge gibt es in Europa in etwa 100.000 PFAS-Emittenten, wobei der Einsatz von PFAS-haltigen Feuerlöschschäumen sehr wahrscheinlich die größte PFAS-Eintragsquelle in die Umwelt sei (Goldenman et al., 2019). Darüber hinaus gibt es in Österreich viele Flughäfen/Flugplätze, Altstandorte und Altablagerungen, Kläranlagen, Feuerwehren und Industriebetriebe, die als potenzielle Emittenten in Frage kommen könnten.

Darüber hinaus zeigt der ECHA-Report für den gesamten Energiesektor im Vergleich zu anderen Sektoren eine sehr geringe PFAS-Menge (siehe Diagramm). Die Windkraft ist daher keine bedeutsame Verbreitungsquelle von PFAS.

Windradflügel emittieren kein BPA

Wie bereits oben beschrieben sind Rotorblätter von Windrädern vielen Umwelteinflüssen (Wind, Regen, Hagel, Temperaturunterschiede etc.) ausgesetzt, die auf das Material einwirken. Eine starke Beschädigung oder Erosion an den Windradflügeln würde zu einem Effizienzverlust in der Energieumwandlung führen, deshalb sind Windparkbetreiber daran interessiert, diese in möglichst lange in möglichst gutem Zustand zu halten. Planmäßige Services und Überprüfungen der Anlagen und aller Komponenten zählen zu ihren Routinen. Der Zustand und Betrieb der Windenergieanlagen wird stets überwacht, es handelt sich hierbei um das sogenannte „Condition Monitoring“. Ein augenscheinlicher Schaden an den Rotorblättern würde sich in der Stromproduktion abbilden, das Condition Monitoring würde „anschlagen“ und das betroffene Windrad sofort untersucht werden.

Aufbau eines Windradflügels

Windradflügel bestehen hauptsächlich aus Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK). Dabei werden Galsfasermatten mit Epoxidharz getränkt und mit Hilfe von zwei Halbschalen in die Flügelform gebracht und ausgehärtet. Teilweise werden auch Carbonfasern als Verstärkung eingearbeitet, oder Holzstege zur Stabilisierung eingesetzt. Zum Schluss wird die gesamte Oberfläche des Blattes mit einem Lack (meist Polyurethan-Basis) und Gelcoats beschichtet. Diese Oberflächenbeschichtung dient zum Schutz vor Umwelteinflüssen. Quelle: Faktencheck BWE August 2024

Welche Stoffe / Materialien erodieren?

Beim Rotorblatt eines Windrades ist vor allem die äußerste Schicht von Erosion betroffen: der Decklack der Oberfläche. Dieser besteht auf Basis von Polyurethan oder Epoxidharz oder sogenannter Gelcoats (Basis von ungesättigtem Polyester- oder Epoxidharz). Polyurethan, Epoxid- und Polyesterharze sind Kunstharze, die, wenn sie vollständig ausgehärtet sind, keine gesundheitsschädlichen Eigenschaften besitzen. Quelle: Umwelt Online

Bei geringer Erosion ist nur die Oberflächenbeschichtung betroffen. Bei stärkerer Erosion werden auch weitere Materialschichten angegriffen. Da hier jedoch die Aerodynamik und somit die Energieproduktion so stark betroffen wäre, wird in den allermeisten Fällen bereits repariert, bevor ein Erosionsprozess auf die Schichten unter der Beschichtung stattfindet. Quelle: Liersch, Jan (2021): Erosion am Rotorblatt – Vortrag auf den Windenergietagen Potsdam 

Bisphenol A (BPA)

Bisphenol A ist eine organische synthetische Verbindung, die bei der Formulierung von Epoxidharz verwendet wird. Laut einer Studie (Mishnaevsky et. al, 2024), führt die Erosion der Windradflügel dazu, dass sich lediglich die Oberflächenbeschichtung, welche aus Polyurethanbasis (PU) besteht und als Schutz dient, zersetzt. Solange die Erosion nicht ein extremes Stadium erreicht und die gesamte Schutzbeschichtung abgenutzt ist, hat sie nichts mit der Zersetzung von Epoxidharz zu tun. Nach Angaben aller Beschichtungshersteller wird heute bei der Herstellung von Polyurethanbeschichtungen kein Bisphenol A verwendet.

Darüber hinaus gibt es bereits Verfahren, wie Epoxidharz rezyklierbar wird. Ein Forschungsteam rund um die Grazer Biochemikerin Katalin Barta Weissert hat ein aus Lignocellulose abgeleitetes Epoxidharz (DGF/MBCA) geschaffen, das vollständig wiederverwertbar ist, wodurch die Umweltbelastung, die heute von den erdölbasierten Epoxid-Harzen ausgeht, reduziert wird.

Für ihr Epoxidharz nutzen die Forschenden drei spezifische erneuerbare Bausteine - darunter das charakteristische Diamin, das Team aus holzbasiertem Lignin gewinnt. Werden diese Grundstoffe im richtigen Verhältnis gemischt, entsteht ein Kunststoff, dessen Stabilität und Haltbarkeit vergleichbar mit den synthetischen Produkten aus Erdöl ist.

Die Forschenden haben auch besonderen Wert auf die Recycling-Fähigkeit des Produkts gelegt: Das Material löst sich in Methanol auf, wodurch die ursprünglichen Grundbausteine wiedergewonnen werden. Dadurch war es laut Mitteilung möglich, recycelbare Glas- und Holzfaserverbundwerkstoffe herzustellen, die in den Bereichen Transport, Bau und Biomedizin zum Einsatz kommen können.

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