Solvolysis-Driven Chemical Recycling of Wind Turbine Blade Waste
(2025) KETM05 20251Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
- Abstract
- The growing accumulation of end-of-life wind turbine blades (WTBs) presents a challenge due to their increased usage around the world and complex composite structure. Mechanical and thermal recycling techniques often fail to completely recover both the matrix and the embedded fibers without significant degradation or environmental burden. In this thesis, solvolysis is investigated as a promising route of recycling, capable of degrading the thermoset polymer matrix and facilitating fiber recovery under controlled conditions. A screening of solvolysis systems was first conducted, evaluating the effects of the solvent type and a catalyst presence on the degradation efficiency using thermogravimetric analysis (TGA). Based on the screening... (More)
- The growing accumulation of end-of-life wind turbine blades (WTBs) presents a challenge due to their increased usage around the world and complex composite structure. Mechanical and thermal recycling techniques often fail to completely recover both the matrix and the embedded fibers without significant degradation or environmental burden. In this thesis, solvolysis is investigated as a promising route of recycling, capable of degrading the thermoset polymer matrix and facilitating fiber recovery under controlled conditions. A screening of solvolysis systems was first conducted, evaluating the effects of the solvent type and a catalyst presence on the degradation efficiency using thermogravimetric analysis (TGA). Based on the screening results, glycolysis using a zinc acetate catalyst was chosen for further experiments via a full factorial, parameter study. The impact of parameters such as reaction time, temperature, and catalyst concentration was statistically evaluated with respect to mass loss. The recovered solids and the organic liquid phase were characterized using TGA, Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscopy coupled with energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM/EDS), elemental analysis, and gas chromatography with flame ionization detection (GC-FID). The results provided evidence of depolymerization, potential evidence of transesterification, and release of low-molecular-weight degradation products, while fiber surfaces remained structurally intact. The findings demonstrate that solvolysis can serve as a potential alternative for recycling WTB composites, enabling breakdown of thermoset matrices. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Grön energi, som vind-, sol- och vattenkraft, spelar en avgörande roll i omställningen från fossila bränslen. Men hur hållbara är dessa energikällor sett till hela livscykeln? Inom vindkraftsindustrin är detta en särskilt viktig fråga. Vindkraftsblad tas vanligtvis ur bruk efter 20–25 års drift, och har historiskt sett främst gått till förbränning eller deponi. Inget av alternativen är hållbara eftersom farliga ämnen frigörs samtidigt som dyra och energikrävande komponenter går till spillo. Vindkraftsbladen består av en komplex blandning av material, där glas- och kolfiber är inbäddade i en härdplastmatris för att bilda en så kallad komposit. Denna komposit kompletteras dessutom med fyllnadsmaterial och ytbeläggningar, vilket gör... (More)
- Grön energi, som vind-, sol- och vattenkraft, spelar en avgörande roll i omställningen från fossila bränslen. Men hur hållbara är dessa energikällor sett till hela livscykeln? Inom vindkraftsindustrin är detta en särskilt viktig fråga. Vindkraftsblad tas vanligtvis ur bruk efter 20–25 års drift, och har historiskt sett främst gått till förbränning eller deponi. Inget av alternativen är hållbara eftersom farliga ämnen frigörs samtidigt som dyra och energikrävande komponenter går till spillo. Vindkraftsbladen består av en komplex blandning av material, där glas- och kolfiber är inbäddade i en härdplastmatris för att bilda en så kallad komposit. Denna komposit kompletteras dessutom med fyllnadsmaterial och ytbeläggningar, vilket gör materialet mer heterogent och därmed försvårar möjligheten för selektiv separation av fiber och härdplast. I takt med att vindkraft blir en alltmer populär energikälla, ökar också mängden avfall. År 2050 estimeras det globala avfallet från vindkraftsblad att nå 800,000 ton/år. Dessa siffror understryker brådskan av att hitta hållbara återvinningsmetoder för avfall från vindkraftsbladen. Enligt litteraturen framstår kemisk nedbrytning av härdplasten som en potentiellt effektiv metod, vilket kan möjliggöra återvinning av både de frigjorda fibrerna och reaktionsprodukterna från plastmatrisen.
I denna studie har olika kemiska solvolysmetoder för återvinning av fiberkomponenterna undersökts med syfte att bryta ned plastmatrisen. Vid solvolys fungerar lösningsmedlet både som reaktionsmedium och som en aktiv reagent som bidrar till nedbrytningen av materialet. Det tillhandahållna vindkraftsavfallet hade okänd sammansättning, vilket speglar industrins återvinningsproblem; äldre blad skiljer sig markant från dagens moderna konstruktioner. Olika typer av solvolysbehandlingar screenades varpå den mest effektiva metoden sedan användes för att systematiskt studera inverkan av de olika reaktionsparametrarna; temperatur, reaktionstid, katalysatormängd och syraförbehandling. Effektiviteten studerades främst med Thermogravimetric Analysis (TGA), där ett prov förbränns under kontrollerad temperatur och massförlusten mäts. Genom den resulterande grafen kunde mängden kvarvarande härdplast uppskattas och utvärderas. Resultaten tydde på att solvolys med etylenglykol (glykolys) och zinkacetat presterade bäst, samt att syraförbehandling var den enda parametern med statistisk inverkan på nedbrytningen av härdplasten. Denna indikation för depolymerisering stöddes även av elementaranalysen, som visade en tydlig minskning av halten elementärt kol i den fasta, fiberrika fraktionen. Sammanfattningsvis har denna studie visat effektiviteten för en typ av glykolys för kemisk återvinning av vindkraftsblad. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9202177
- author
- Hagert De Leeuw, Alexander LU and Ekström, Hugo LU
- supervisor
- organization
- course
- KETM05 20251
- year
- 2025
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Wind turbine blade recycling, Catalytic solvolysis, Thermoset composite degradation, Chemical recycling, Glycolysis, Acid pretreatment, Chemical engineering
- language
- English
- id
- 9202177
- date added to LUP
- 2025-06-19 09:03:35
- date last changed
- 2025-06-19 09:03:35
@misc{9202177,
abstract = {{The growing accumulation of end-of-life wind turbine blades (WTBs) presents a challenge due to their increased usage around the world and complex composite structure. Mechanical and thermal recycling techniques often fail to completely recover both the matrix and the embedded fibers without significant degradation or environmental burden. In this thesis, solvolysis is investigated as a promising route of recycling, capable of degrading the thermoset polymer matrix and facilitating fiber recovery under controlled conditions. A screening of solvolysis systems was first conducted, evaluating the effects of the solvent type and a catalyst presence on the degradation efficiency using thermogravimetric analysis (TGA). Based on the screening results, glycolysis using a zinc acetate catalyst was chosen for further experiments via a full factorial, parameter study. The impact of parameters such as reaction time, temperature, and catalyst concentration was statistically evaluated with respect to mass loss. The recovered solids and the organic liquid phase were characterized using TGA, Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscopy coupled with energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM/EDS), elemental analysis, and gas chromatography with flame ionization detection (GC-FID). The results provided evidence of depolymerization, potential evidence of transesterification, and release of low-molecular-weight degradation products, while fiber surfaces remained structurally intact. The findings demonstrate that solvolysis can serve as a potential alternative for recycling WTB composites, enabling breakdown of thermoset matrices.}},
author = {{Hagert De Leeuw, Alexander and Ekström, Hugo}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Solvolysis-Driven Chemical Recycling of Wind Turbine Blade Waste}},
year = {{2025}},
}