Ingeniería
y sus Alcances, Revista de Investigación
Septiembre-diciembre 2024 / Volumen 8
/ No. 22
ISSN: 2664 – 8245
ISSN-L: 2664 -
8245
https://revistaingenieria.org
pp. 194 - 210
Revisión de métodos de reciclaje enfocado a las aspas
de aerogeneradores en México
Review of recycling methods focused on wind turbine blades in Mexico
Revisão dos métodos de reciclagem focados em pás de turbinas eólicas no
México
José Luis Colín
Martínez1
jose.colin@ciateq.mx
https://orcid.org/0000-0003-3095-4115
Victor López Garza2
victor.garza@umich.mx
https://orcid.org/0000-0001-9090-9119
Guillermo Muñoz
Hernández1
guillermo.munoz@ciateq.mx
https://orcid.org/0000-0003-1619-6944
1CIATEQ,
Centro de Tecnología Avanzada, Querétaro. Querétaro, México
2Universidad
Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Morelia. Michoacán, México
Artículo recibido 17
de julio 2024 / Aceptado 21 de agosto 2024 / Publicado 23 de octubre 2024
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https://doi.org/10.33996/revistaingenieria.v8i22.127
RESUMEN
La sostenibilidad y el impacto ambiental de las
energías renovables es objeto de una creciente preocupación que, ha llevado a
un enfoque renovado en el reciclaje de componentes de aerogeneradores,
particularmente las aspas. El objetivo es analizar los métodos de reciclaje
enfocado a las aspas de aerogeneradores en México. El enfoque es mixto,
combinando métodos cualitativos como cuantitativos. Para recoger la información
se utilizó la revisión documental y un análisis de la literatura sobre aspas de
aerogeneradores. Los resultados muestran que, a medida que la energía eólica
crece como una fuente de energía renovable, la gestión adecuada de los residuos
generados por las palas que, se convierte en un aspecto crítico para asegurar
la sostenibilidad del sector. Se concluye que, para alcanzar una gestión
sostenible y eficiente de estos residuos, es fundamental explorar métodos
físicos como la trituración mecánica. Este enfoque no solo reduce costos de
transporte, sino que también facilita el manejo en sitios especializados
cercanos a los centros de uso de productos de fibra de vidrio.
Palabras clave: Aerogenerador; Aspa; Método; Reciclaje
ABSTRACT
The sustainability and environmental impact of
renewable energy is a growing concern, leading to a renewed focus on recycling
wind turbine components, particularly blades. The objective is to analyze the
recycling methods focused on wind turbine blades in Mexico. The approach is
mixed, combining qualitative and quantitative methods. A documentary review and
an analysis of the literature on wind turbine blades were used to collect
information. The results show that, as wind energy grows as a renewable energy
source, the proper management of the waste generated by the blades becomes a
critical aspect to ensure the sustainability of the sector. It is concluded
that, to achieve sustainable and efficient management of this waste, it is
essential to explore physical methods such as mechanical shredding. This
approach not only reduces transportation costs, but also facilitates handling
in specialized sites close to the centers of use of fiberglass products.
Key words: Wind turbine; Wind blade; Method; Recycling
RESUMO
A sustentabilidade e o impacto ambiental das energias renováveis são
objeto de preocupação crescente, o que levou a um foco renovado na reciclagem
dos componentes das turbinas eólicas, especialmente das pás. O objetivo é
analisar métodos de reciclagem focados em pás de turbinas eólicas no México. A
abordagem é mista, combinando métodos qualitativos e quantitativos. Para
coletar as informações, utilizou-se uma revisão documental e uma análise da
literatura sobre pás de turbinas eólicas. Os resultados mostram que, à medida
que a energia eólica cresce como fonte de energia renovável, a gestão adequada
dos resíduos gerados pelas pás torna-se um aspecto crítico para garantir a
sustentabilidade do setor. Conclui-se que, para alcançar uma gestão sustentável
e eficiente destes resíduos, é essencial explorar métodos físicos como a
trituração mecânica. Essa abordagem não apenas reduz os custos de transporte,
mas também facilita o manuseio em locais especializados próximos aos centros de
utilização de produtos de fibra de vidro.
Palavras-chave: Turbina eólica; Pás
de vento; Método; Reciclagem
INTRODUCCIÓN
Esta última década la
creciente preocupación por la sostenibilidad y el impacto ambiental de las
energías renovables ha llevado a un enfoque renovado en el reciclaje de
componentes de aerogeneradores, particularmente las aspas. Desde un contexto
internacional, se estima que el reciclaje de palas de aerogeneradores es un
desafío significativo, ya que estas estructuras están compuestas principalmente
de materiales compuestos como la fibra de vidrio y resinas termoendurecibles,
que son difíciles de procesar al final de su vida útil. Según Robbertsen
(2021), en un futuro muy cercano habrá que reciclar alrededor del 80% de los
molinos porque hay menos espacio para las turbinas eólicas usadas. Esta
realidad, resalta la necesidad urgente de desarrollar tecnologías efectivas
para el reciclaje, que no solo minimicen los residuos, sino que también
promuevan la economía circular en el sector energético.
En este sentido, un estudio relevante
en este campo es el realizado por Vergara-Quezada et al. (2020), estos proponen
un innovador método basado en el pirólisis para reciclar las palas de
aerogeneradores. Este procedimiento no solo busca recuperar fibras de vidrio y carbono,
sino también optimizar la separación de estos materiales de las resinas, lo que
podría resultar en una alta pureza y resistencia mecánica en los materiales
recuperados. La investigación anticipa que este proceso podría facilitar la
reintegración de materiales reciclados en diversas aplicaciones industriales,
contribuyendo así a una gestión más sostenible de los residuos generados por la
industria eólica. Estos avances son cruciales para enfrentar los retos que
vienen de la mano al final de vida útil de los aerogeneradores y para asegurar
que el crecimiento del sector eólico sea verdaderamente sostenible
Actualmente la industria eólica
produce grandes cantidades de palas para aerogeneradores que están fabricadas
principalmente de material compuesto de resina polimérica con refuerzo de fibra
de vidrio. Este material tiene muy buenas propiedades mecánicas, pero al final
de su vida útil o separar los materiales que lo componen. Por lo que se deben de buscar métodos de
reciclaje que sean sostenibles, rentables y con bajo impacto ambiental. Es por
eso por lo que se propone evaluar un método de reciclaje. Después proponer el
método y proporcionar una aplicación específica para aprovechar los residuos
que sirvan para nuevos productos.
En este contexto, una de las
problemáticas principales son los residuos inorgánicos resultado del desecho de
las palas eólicas, ya que estos tardan muchos años en degradarse y terminan
principalmente en vertederos dañando el medio ambiente y la salud de los seres
vivos. Las palas de los aerogeneradores están compuestas por materiales
difíciles de reciclar por su naturaleza y cada vez se instalan más turbinas en
el mundo por lo que se visualiza que en un futuro cercano existirán toneladas
de palas desechadas. Por lo que uno de los retos es proponer soluciones para el
manejo de estos residuos, así como generar una economía circular para la
reutilización y el reciclaje de palas.
Teniendo en cuenta lo anterior, esta
investigación pretende informar a las comunidades cercanas a los parques
eólicos en México sobre las opciones disponibles para la gestión de los
desechos generados por el desmantelamiento de las aspas. Es fundamental que
estas localidades comprendan que, al quedar las aspas desmanteladas en sus
tierras, podrían ocupar espacio valioso y, con el tiempo, representar un riesgo
para la salud pública debido a los componentes tóxicos que contienen. Por lo
tanto, es crucial promover alternativas adecuadas para la disposición de estos
materiales y minimizar su impacto ambiental. La generación de energía eléctrica
a partir de la energía eólica es una tecnología relativamente joven,
considerando que las primeras generaciones están por cumplir su vida útil, que
oscila entre los 20 y 25 años (Jiménez y Valdes, 2022). En este sentido, es
necesario considerar que un importante número de parques eólicos están por ser
desmantelados.
Por otro lado, el mismo autor asegura
que, experiencias previas indican que la mayor cantidad de partes de las
turbinas eólicas, como las bases, soporte principal, las unidades de
transmisión y el propio generador, son relativamente reciclables. No obstante,
la principal problemática, en el desmantelamiento de esas estructuras, lo
representan las palas debido a los diferentes materiales que las componen.
Debido a esto, se genera un nuevo desafío para este sector de energía
renovable, la adecuada disposición y el reciclaje de los desechos generados al
final de su vida útil.
Ahora bien, los materiales utilizados
para fabricar aspas son principalmente materiales compuestos (fundamentalmente
la fibra de vidrio o carbono y resinas, difíciles de separar), con diferentes
propiedades, que permiten optimizar el diseño de los aerogeneradores mediante
la fabricación de palas livianas y de gran longitud, con una forma aerodinámica
perfeccionada. Este tipo de materiales
ha permitido aumentar progresivamente el tamaño de los aerogeneradores y
extender su uso a los parques eólicos marinos, donde las dimensiones
conseguidas para las máquinas son todavía mayores (Asociación Empresarial
Eólica AEE, 2021). En una pala eólica existen varios materiales que la componen
los cuales se muestran en la Figura 1.
Figura 1. Componentes
principales de un aspa. AEE, (2021)
En términos generales las aspas,
están fabricadas con materiales compuestos y estos no sólo se utilizan en las
palas de los aerogeneradores, sino que son materiales importantes en sectores
como la automoción, el transporte marítimo, la aeronáutica o la construcción
(Fernández, 2022). La industria eólica se encuentra en el quinto lugar de
disposición de residuos en una proyección hacia el año 2025 dentro de las
industrias que trabajan con estos materiales tal y como se muestra en la Figura
2.
Figura 2. Proyección de residuos de la industria de productos de
material compuesto
Al mismo tiempo, la primera
generación de aerogeneradores en México está llegando al fin de su vida
operativa. En los próximos años, muchos
parques eólicos deberán optar entre extender la vida útil de sus activos, o
llevar a cabo una repotenciación para sustituir los aerogeneradores antiguos
por otros más modernos. De acuerdo con la información consultada en (Vestas,
2003) el 9.5 % de los materiales de un aerogenerador Vestas V27/225 está
fabricado de materiales compuestos, destacando que las aspas representan un 86%
de fibra de vidrio que se encuentran en estos componentes como se muestra en la
Figura 3 y en este caso se tendría un peso de más de una tonelada de las tres
palas por lo cual al final de su vida útil se tendría que disponer de esta
cantidad por cada aerogenerador desmontado.
Figura 3. Materiales para la fabricación del aerogenerador
Vestas V27/225. [4]
El problema con las palas actuales es
que los procesos de recuperación de materiales son complejos y a veces
costosos. Además, los materiales no pueden recuperarse totalmente, ya que no
fueron diseñadas pensando en su reciclaje desde el principio. Por ese motivo,
los fabricantes de aerogeneradores se han puesto manos a la obra para diseñar
palas que sean 100% reciclables mediante procesos más sencillos (Fernández,
2022). En atención a la situación planteada, el objetivo del estudio es
analizar los métodos de reciclaje enfocado a las aspas de aerogeneradores en
México
METODOLOGÍA
Para la realización
de este estudio, se empleó un diseño de investigación mixto, combinando tanto
métodos cualitativos como cuantitativos, esto permitió una comprensión más
integral del tema al abordar tantos datos numéricos sobre la cantidad de
residuos generados como narrativas sobre las experiencias locales con el
reciclaje. Este estudio se basó en un enfoque constructivista, que considera
que el conocimiento se construye de manera social y contextual. A través de la
revisión documental, se buscó entender cómo diferentes metodologías de
reciclaje han sido implementadas en diversas partes del mundo, y cómo estas
experiencias pueden ser relevantes para el contexto mexicano. La combinación provista por el enfoque permite
integrar las perspectivas teóricas y prácticas que favorecen la comprensión del
fenómeno estudiado.
Para recoger la
información se utilizó la revisión documental a través del análisis de la
literatura existente del tema de aspas de aerogeneradores. Esto incluyó
artículos académicos, informas, estudios y documentos de políticas públicas.
Finalmente se aplicó un análisis de contenido a los documentos lo que
identificó tendencias, desafíos y oportunidades de los métodos de reciclaje.
DESARROLLO Y DISCUSIÓN
Las condiciones actuales en cuanto
generación de energía eólica en México y la estimación de aspas que se
encuentran instaladas actualmente y las que se van a disponer en los próximos
años. Una vez visto el impacto que estos componentes se realiza una
investigación de los principales métodos utilizados para el reciclaje de
materiales compuestos, tomando como referencia los que se utilizan en la Unión
Europea en donde ya se están planteando soluciones a esta problemática de los
residuos de aspas de aerogeneradores. Se evaluaron varios factores para de los
métodos de reciclaje para ver cuál es el más conveniente para su aplicación en
los campos eólicos de México.
Actualmente, México cuenta con un
potencial eólico de más de 50,000 MW eólicos y se requieren utilizar tan sólo
alrededor de 17,000 MW para alcanzar el objetivo de generar 35% de energía
eléctrica con tecnologías limpias para el año 2025, dejando un amplio espacio
para otras tecnologías (Asociación Mexicana de Energía Eólica (AMDEE, 2022).
Con datos proporcionados por AMDEE,
(2022) hasta 2022, México cuenta con parques eólicos en 15 estados de los
cuales tiene una capacidad instalada de 7,312 MW principalmente en Oaxaca y
Tamaulipas, como se muestra en la figura 4. Esto quiere decir que solo el 15%
del potencial se está utilizando actualmente por lo que hay una gran proyección
futura para que se instalen más aerogeneradores en los siguientes años. Por
otro lado, por el momento hay 3,201 turbinas instaladas en el territorio
nacional lo que quiere decir que hay en operación más de nueve mil palas las
cuales su tiempo de vida útil actual ronda de los 5 a los 10 años. Con esto ya
se tiene un panorama general de la necesidad que está surgiendo por el
reciclaje de palas de estas turbinas, Figura 4.
Figura 4. Capacidad y aerogeneradores
instalados en la república mexicana
En México existen varios proyectos de
parques instalados los cuales se desarrollaron en varios momentos en el tiempo,
la Figura 5 muestra los principales aerogeneradores que hay, su fecha de implementación y tomando de referencia
que la vida útil de una pala es de 20 años podemos observar que el parque de la
venta I ya llegó al final de su funcionamiento y la venta II en dos años
estarán desmantelando las aspas, considerando un tamaño de turbina de 2 MW, se
estima que para el 2032, alrededor de 600 turbinas habrán desechado de forma
gradual lo que traduce en 1800 aspas, además del material de las góndolas, por
lo que ya hay una necesidad del manejo de este tipo de residuos ya que
actualmente se mandan a vertederos o se dejan sobre los campos.
Figura 5. Proyectos eólicos en México
Si el aspa carece de vida remanente y
no puede ser reutilizada, la siguiente opción es el reciclado del material. Es
decir, la pala se convierte en un nuevo producto con un uso funcional distinto,
aunque el material pierda valor. Al utilizar principalmente resinas
termoestables, los materiales compuestos resultantes no pueden ser fundidos y
es complicado separar la matriz de las fibras de refuerzo (AEE, 2021). Esto
supone que la complejidad de los materiales utilizados para la pala requiere de
procesos específicos para su reciclaje, como se muestra en la Figura 6.
Figura 6. Métodos de reciclaje de
materiales compuestos
Triturado mecánico
En estas plantas de preprocesamiento,
las palas son cortadas y trituradas en trozos de pequeño volumen, con un tamaño
final de milímetros. Los metales son posteriormente separados mediante imanes
del resto de materiales. El triturado mecánico tiene una gran eficiencia, por
lo que suele ser ampliamente utilizado debido a su costo bajo y la escasa
energía necesaria, pero disminuye drásticamente el valor del material
reciclado. El producto obtenido, principalmente fibra de vidrio, puede ser
utilizado de relleno o como refuerzo (Nagle, et al., 2020). Realizando una
reducción y separación secundaria, se pueden obtener dos tipos de material de
diferente morfología: un concentrado de fibras compuesto principalmente por
grupos de fibras cubiertas por polímero; y una fracción heterogénea, compuesta
por una mezcla de espuma de poliuretano y partículas finas (AEE, 2021).
Fragmentación por pulsos de alta tensión
La fragmentación del material
compuesto por pulsos de alta tensión es un proceso electromecánico que separa
con alta eficiencia las matrices de las fibras en los materiales compuestos
mediante el uso de electricidad. Como ventaja, comparado con el triturado
mecánico, las fibras que se obtienen son de mayor calidad, además de tener una
mayor longitud y limpieza. Sin embargo, hasta la fecha sólo se han podido recuperar
en el proceso fibras de pequeño tamaño y, para conseguir fibras de alta
calidad, se requieren grandes niveles de energía. Se trata de una tecnología
que se encuentra todavía en fase de investigación (AEE, 2021).
Pirólisis
La pirolisis es la descomposición
térmica de materiales a elevadas temperaturas y atmósferas inertes (ausencia de
oxígeno). Se trata de un proceso de reciclaje que ya es usado para otras
aplicaciones, del cual se obtienen como productos combustible y energía para el
propio proceso térmico. Al aplicar la pirolisis a las palas eólicas, la matriz
polimérica se degrada hasta conseguir una mezcla de hidrocarbonos, obteniendo
como producto del proceso las fibras de vidrio. Aunque las temperaturas
utilizadas en este proceso son más bajas que en otras tecnologías, siguen
siendo lo suficientemente altas para dañar la superficie de las fibras
(AEE,2021, Figura 7.
Figura 7. Horno de pirolisis
Pirólisis por
microondas
La pirolisis por microondas en un
sistema alternativo a la pirolisis convencional, en la cual el material es
calentado por radiación microondas, lo que permite que el calentamiento sea
uniforme en toda la pieza. Los polímeros habitualmente tienen una conductividad
térmica muy baja, por lo que, al recurrir a microondas, la temperatura
utilizada puede ser mucho menor, consiguiendo una menor degradación de las
fibras de vidrio.
Por tanto, su ventaja primordial es
que permitiría conservar mejor las propiedades mecánicas de las fibras de
vidrio que se pierden en el caso de la pirolisis convencional, y reducir la
cantidad de energía utilizada. Además, se trata de una tecnología que es más
controlable (AEE, 2021).
Lecho fluido
El proceso de reciclaje por lecho
fluido se utiliza para quemar la resina matriz del material compuesto y poder
tener como producto de la combustión las fibras. Para ello, las palas son
trituradas hasta conseguir pellets de pequeño tamaño, que son introducidos en
el reactor de lecho fluido, donde se pueden alcanzar temperaturas de hasta 550º
C. Entre otras ventajas, este método, comparado con los dos anteriores,
permitiría retener mejor las propiedades mecánicas y el valor del material,
aunque se sigue produciendo una degradación de las fibras obtenidas. Asimismo,
permite tratar materiales mixtos y, por lo tanto, sería especialmente
beneficioso para residuos de fin de vida (AEE, 2021).
Solvolisis
La solvólisis es un tratamiento
químico por el cual se transforma un compuesto con consumo o generación de
energía, basándose en una reacción de sustitución. Es decir, un átomo o
compuesto es reemplazado por otro utilizando un disolvente que actúa como
nucleófilo, como puede ser el agua, el alcohol o un ácido. En el caso de las
palas eólicas, los materiales compuestos pueden ser reciclados a través de este
tipo de reacción utilizando el agua como disolvente que, bajo unas condiciones
específicas, produce en la resina la despolimerización termoquímica. Este
proceso provoca la ruptura de los enlaces de las resinas termoestables,
permitiendo la separación de estas resinas de las fibras de vidrio (AEE, 2021).
Con base en el conocimiento
establecido sobre el uso de los métodos de reciclaje individuales y sus
desarrollos históricos y actuales, así como las condiciones y requisitos para
cada método, es posible dar una estimación de los métodos y su tecnología
basada en los niveles de maduración tecnológica (TRL) (Paulsen y Enevoldsen,
2021). Combinando la escala TRL con el conocimiento sobre las ubicaciones de
los diferentes métodos de reciclaje en la jerarquía europea de residuos y los
posibles resultados de materiales residuales, es posible comparar los métodos
como se muestra en la Tabla1 como una descripción general.
Tabla 1. Descripción general de los métodos de
reciclaje actuales
|
Método de reciclaje |
Mecánico |
Co- Procesamiento |
Pirólisis |
Pirólisis por microondas |
Lecho fluido |
Solvolisis |
Fragmentación por pulsos |
|
Nivel de TRL |
9 |
8-9 |
7 |
4 |
4-5 |
5-6 |
5 |
|
Puntaje de gestión de residuos |
Bajo |
Medio |
Alto |
Medio/Alto |
Medio/Alto |
Alto |
Medio |
|
Inversión necesaria prevista |
Baja |
Baja/Media |
Baja/Media |
Alta |
Media |
Alta |
Alta |
En la Figura 8, se muestra el
diagrama comparativo del TRL. La puntuación de gestión de residuos se clasifica
en tres grupos, bajo, medio y alto, que se basa en las propiedades de los
diversos procesos, salida y TRL, pero en particular, en el valor del material
residual. La puntuación individual es indicativa y varía entre los recicladores
de la UE que usan el mismo método de reciclaje debido a los diferentes
parámetros de procesamiento, capacidad y rendimiento (Paulsen y Enevoldsen,
2021).
Figura 8. TRL en los diferentes
métodos de reciclaje
De hecho, un estudio de evaluaciones
del ciclo de vida reveló que cuando los materiales reciclados reemplazan a los
materiales vírgenes en proporciones que brindan una rigidez de material
equivalente, la incineración con recuperación de energía (seguida del vertido)
generalmente tiene un impacto menor (Oliveux, et al.,
2015).
Mientras que cuando los materiales
reciclados reemplazan a los materiales vírgenes con proporciones que brindan
una rigidez de material equivalente, el reciclaje mostró claros beneficios
ambientales (figura 9. Gráfica con el comparativo del impacto ambiental)
(Oliveux, et al., 2015). Un análisis que comparó las emisiones de CO2
relacionadas con componentes automotrices hipotéticos que utilizan materiales
vírgenes y materiales reciclados mostró que los componentes que usan materiales
reciclados en reemplazo de materiales vírgenes pueden comenzar a ser rentables,
gracias al aumento de peso, al recorrer aproximadamente 41,000 km (Oliveux, et
al., 2015). Es importante tener en cuenta la vida útil del componente al
evaluar el impacto en el medio ambiente y no solo en los procesos de
fabricación y reciclaje, Figura 9
Figura 9. Gráfica con el comparativo
de impacto ambiental
En la Figura 10 a continuación, se
muestra una comparación de los diferentes métodos de reciclaje y cuál es su
demanda de energía de procesamiento individual. Actualmente, la mayoría de los
métodos se basan en el uso del método mecánico como paso inicial para reducir
el tamaño de los materiales de desecho a tamaños manejables. El diagrama de la
Figura 10 solo muestra la demanda de energía de procesamiento para el método
actual, lo que significa que no se agregan operaciones de preprocesamiento u
otras que consumen mucha energía. Por lo tanto, la demanda de energía es solo
para procesar el método de reciclaje elegido. Con base en la Figura 10, algunos
de los métodos de reciclaje indican ser más adecuados para un tipo de material
de fibra que para otros. Un ejemplo podría ser el método de reciclaje químico
(solvólisis), que tiene una demanda de energía de procesamiento entre 21 y 91
MJ/kg en comparación con la demanda de energía requerida para producir fibra de
vidrio virgen (13–32 MJ/kg); lo más probable es que exceda esta demanda, por lo
tanto, por lo que no es rentable usarlo para reciclar fibra de vidrio. Esta
suposición se basa únicamente en la demanda de energía requerida para el
procesamiento de los métodos de reciclaje (Paulsen y P. Enevoldsen, 2021).
Figura 10. Demanda de energía para los
diferentes métodos y para la producción de fibras vírgenes
En la Figura 11 se muestra la
comparación de costos de diferentes métodos de reciclaje en euros por kg en
2018. Las rutas de reciclaje no son rentables en comparación con la
incineración y los vertederos. En los métodos de recuperación de fibras, el
reciclaje químico es el más costoso y el reciclaje mecánico y la molienda son
los menos costosos [9]. Esto hace que el reciclaje químico sea el método más
adecuado para recuperar fibras de carbono, donde el costo de las fibras
recuperadas es mayor que el costo de procesamiento. Las rutas de reciclado
químico y reciclado térmico (pirólisis) se utilizan para recuperar fibras de
carbono de alta calidad. Por el contrario, el reciclaje mecánico puede ser útil
para la recuperación de fibras de vidrio. En métodos de no recuperación, o que
se van al vertedero los niveles comerciales e industriales reducirán las
demandas de energía de estos métodos de reciclaje. La figura 11muestra que la
demanda de energía de reciclaje es entre 10 y 20 veces menor que la energía
requerida para producir fibras vírgenes. Un método de reciclaje específico debe
proporcionar un compromiso adecuado entre la energía consumida y el costo
(Qureshi, 2022).
Figura 11. Comparativa de costos en
euros por kg de fibras recicladas
La Tabla 2 demuestra la resistencia a
la tracción de una sola fibra descubierta en la literatura. La relación de
resistencia entre la fibra reciclada y la original está muy influenciada por
parámetros de procesamiento y tipo de material. La fibra de vidrio es más
sensible a temperatura de calentamiento y tiempo de residencia en el reactor.
Esta situación explica por qué la fibra de vidrio recuperada tiene una menor
retención de la fuerza de la fibra en comparación con la fibra de carbono en
reciclado térmico. Para el proceso de pirólisis, la relación es del 17 al 67 %
para la fibra de vidrio y del 80 al 96 % para la fibra de carbono (Shyha y Huo,
2021).
Tabla 2. Comparación de resistencia
mecánica de la fibra después del proceso de reciclado
|
Proceso |
Relación de la resistencia a la tracción de
fibra reciclada en comparación con fibra virgen. |
|
Químico |
0.47-0.99 |
|
Electroquímico |
0.80 |
|
Lecho fluido |
0.54-0.74 |
|
Fragmentación por pulsos de alto voltaje |
0.88 |
|
Mecánico |
0.80-0.82 |
|
Pirolisis por microondas |
0.79 |
|
Pirolisis |
0.17-0.96 |
Por su parte,
Martínez, et al., (2022) realizaron un estudio del estado del arte de las
principales estrategias para tratar los residuos de las palas de turbinas
eólicas fabricadas con materiales compuestos. Dentro de su análisis realizó un
resumen de las ventajas y desventajas de los principales métodos de reciclaje
los cuales se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3. Ventajas y desventajas de los distintos métodos de reciclaje
|
Método de reciclaje |
Ventajas |
Desventajas |
|
Reciclaje Mecánico |
Escala industrial Bajo costo de
operación Costo de inversión
media Bajo consumo de
energía No utiliza
materiales peligrosos |
Las propiedades
mecánicas de la fibra se degradan Se recuperan
pequeñas piezas de fibra |
|
Pirolisis |
Escala industrial Costo de operación
medio Costo de inversión
bajo Se mantiene las
propiedades mecánicas de la fibra No se utilizan
solventes químicos Recuperación de
energía |
Alto consumo
energético Liberación de gases
peligrosos Fibras contaminadas
con carbón y cambios en la estructura química Dificultad para
controlar el proceso |
|
Lecho Fluido |
Recuperación de
fibras limpias Alta tolerancia a
la contaminación del material |
Escala de
laboratorio No se recupera la
resina |
|
Pirolisis por microondas |
Recuperación de energía Consumo de energía
medio Proceso más fácil
de controlar que la pirolisis |
Escala de
laboratorio Costo de inversión
elevado |
|
Solvolisis |
Consumo de energía
medio Calidad muy alta de
las fibras obteniendo buenas propiedades mecánicas Recuperación limpia
de fibras Método muy
ecológico |
Escala de
laboratorio Costo de operación
alto Costo de inversión
alto Baja tolerancia a
la contaminación del material Alto impacto
ambiental por los residuos de los solventes que se utilizan |
|
Fragmentación por pulsos de alto voltaje |
Alto potencial para
la escala industrial Mantiene muy bien
las propiedades mecánicas de la fibra |
Escala de
laboratorio Se recuperan
pequeños pedazos de fibra Alta disminución de
módulos de fibra de vidrio |
A partir del análisis
de los métodos de reciclaje de aspas de aerogeneradores y considerando sus
ventajas y desventajas, se pueden sugerir varias estrategias sostenibles que
fomenten una gestión adecuada de estos residuos; como por ejemplo la
implementación de un sistema de reciclaje integrado que combine el reciclaje
mecánico para la recuperación inicial y la pirolisis para la recuperación de la
energía, esto permitiría aprovechar las ventajas de cada método y mitigar sus
desventajas.
De igual forma, se
pueden promover políticas que incentiven la reutilización y el reciclaje que
provienen de las aspas, alineándose así al cumplimiento del Objetivo de
Desarrollo Sostenible (ODS) 12 sobre producción y consumo sostenibles. De igual
forma, implementar programas educativos en las comunidades sobre la importancia
y gestión adecuada de los residuos. También, se deben establecer alianzas con
empresas que se especialicen en tecnologías avanzadas de reciclaje como la
solvolisis o la fragmentación por pulsos de alto voltaje, que garantiza un manejo
adecuado y eficientes de los desechos generados por las aspas. Otra estrategia
puede ser el ofrecer incentivos fiscales o subsidios a las empresas que
implementen prácticas sostenibles o del manejo de residuos.
CONCLUSIÓN
El estudio sobre el análisis de los
métodos de reciclaje de las aspas de aerogeneradores en México ha traído
consigo importantes conclusiones que destacan tanto los desafíos como las
oportunidades en este campo. A medida que la energía
eólica crece como una fuente clave de energía renovable, la gestión adecuada de
los residuos generados por las palas que, al final de su vida útil se convierte
en un aspecto verdaderamente crítico para asegurar la sostenibilidad del sector.
Una vez realizada la revisión del
estado del arte de los principales métodos de reciclaje para materiales
compuestos se concluyó que los métodos térmicos tienen un gran impacto
ambiental por las emisiones generadas en sus procesos, por su alto gasto
energético y se encuentra en un nivel de TRL mayor a 7. Por otra parte, el reciclaje químico tiene
buen potencial de desarrollo y que se encuentran en niveles de TRL inferiores
al 5 con gran potencial de desarrollo ya que están en prueba a nivel
laboratorio y se necesita una especialización en materia de química para realizar
los procesos de separación de componentes.
Sin embargo, por los costos
competitivos es necesario explorar los métodos físicos de los cuales son:
trituración mecánica, para favorecer el transporte a bajo costo y su manejo en
sitios especializados cercanos al centro de uso de los productos de fibra de
vidrio. Los dos primeros métodos tienen un nivel de maduración tecnológica
mayor a 9 el cual nos dice que ya tiene un desarrollo tecnológico alto y que
actualmente la tecnología se encuentra en el mercado. Por otro lado, la
fragmentación por pulsos de alto voltaje se encuentra en un nivel de maduración
tecnológica de 5 y en comparativa con los otros dos métodos mecánicos las
propiedades de la fibra recuperada se ven mermadas considerablemente. En cambio,
si se recupera por medio de fragmentación por pulsos de alto voltaje esta fibra
comparada con la fibra virgen mantiene un 88% de sus propiedades como se
menciona en la tabla 3. Con esto se podría evaluar si esta fibra se podría
reutilizar para aplicaciones eólicas de baja escala donde se necesitan
materiales con buenas propiedades estructurales.
CONFLICTO DE INTERESES.
Los autores declaran que no existe
conflicto de intereses para la publicación del presente artículo científico.
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