Le pale eoliche davvero riciclabili grazie a una resina vegetale

Dal primo gennaio di quest’anno, in Europa, una pala eolica dismessa è destinata a tanti luoghi, ma non più alla discarica. Non è una legge: è un impegno che l’industria si è autoimposta attraverso WindEurope, l’associazione che riunisce gli operatori del settore, e che l’associazione stessa chiede ora a Bruxelles di trasformare in norma vincolante. Il problema è che gli impianti in grado di riciclare davvero una pala, nel Vecchio Continente, si contano sulle dita di una mano. E mentre si cerca cosa fare dei rifiuti che arrivano, un laboratorio americano ha imboccato la strada opposta: progettare la pala “amica-dell’ambiente”. La ragione della fretta sta in due numeri, entrambi di WindEurope. L’Europa ha 290 gigawatt di capacità eolica installata, e circa 80 arriveranno alla fine della vita operativa teorica entro il 2030; i volumi di pale in uscita passeranno dalle circa 25mila tonnellate l’anno stimate per il 2025 a oltre 50mila entro fine decennio. Il problema è concentrato in un punto solo: circa il 90% della massa di una turbina è già riciclabile attraverso le filiere consolidate di acciaio, cemento e rame. Il restante 10% sono le pale.

Sono fatte di materiali compositi, fibre di vetro o di carbonio annegate in una resina che fa da collante: una combinazione che garantisce leggerezza e resistenza, quello che serve a un oggetto lungo come un campo da calcio per reggere vent’anni di raffiche. Ma la resina usata oggi appartiene alla famiglia dei termoindurenti: una volta indurita non si scioglie e non si può rifondere. Da qui le uniche due strade finora praticabili: la triturazione meccanica o la discarica. Il calendario italiano è più lento di quello tedesco o spagnolo, ma non di molto. La prima generazione di aerogeneratori sta arrivando adesso al momento della sostituzione, e il repowering, cioè il rimpiazzo delle vecchie turbine con macchine più potenti sugli stessi siti, produrrà una quantità significativa di pale dismesse. Uno studio del settore curato da Elettricità Futura, la principale associazione di categoria, nel 2021 stimava fra le 30mila e le 40mila tonnellate nell’arco di un decennio, fra fibra di vetro, fibra di carbonio e resine. WindEurope colloca l’Italia, insieme a Francia e Portogallo, fra i paesi che cominceranno a smantellare in modo significativo verso il 2030.

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Cambiare il collante, non la fabbrica

La resina messa a punto dal National renewable energy laboratory, il centro del Dipartimento dell’Energia statunitense che ha sede in Colorado, si chiama Pecan. La chimica è più semplice del nome. Le resine oggi standard nel settore eolico si ottengono facendo reagire due ingredienti: una base epossidica e un cosiddetto indurente, che nelle formulazioni attuali è a base di ammine. Il risultato è una rete di legami molto solidi, che rende il materiale resistente alla corrosione e, per la stessa ragione, praticamente indistruttibile. I ricercatori hanno cambiato un solo ingrediente, sostituendo l’indurente amminico con un’anidride. Il materiale che ne esce è un poliestere, e i suoi legami hanno una proprietà che gli altri non hanno: si possono spezzare in condizioni blande, senza forni ad alta temperatura né sostanze aggressive. Tutti i componenti sono ricavabili da fonti vegetali, dal sorbitolo che deriva dal glucosio all’epicloridrina ottenuta dal glicerolo di scarto della filiera del biodiesel. Il punto non banale è che la resina resta compatibile con gli impianti esistenti: è abbastanza fluida da poter essere iniettata sottovuoto negli stampi, che è il modo in cui le pale vengono costruite oggi, e indurisce a 80°C in cinque ore. Non è una rivoluzione di fabbrica, è un cambio di ricetta.

Il risultato controintuitivo

I materiali di questo tipo esistono da molto tempo, ma almeno in questo ambito c’è sempre stata un’obiezione al loro impiego. Se i legami chimici si possono spezzare e riformare, allora sotto un peso costante il materiale dovrebbe cedere lentamente, deformandosi nel tempo. Gli ingegneri chiamano questo fenomeno creep, scorrimento viscoso. Per una pala che deve reggere vent’anni di flessione sarebbe un difetto fatale, ed è la ragione per cui riciclabilità e prestazioni sono state a lungo considerate obiettivi in conflitto: un materiale progettato per disfarsi, si pensava, non può essere anche un materiale che dura.

I test hanno mostrato l’opposto. Nel lavoro pubblicato su Science nell’agosto del 2024, firmato da Ryan Clarke con il gruppo del Nrel, il nuovo composito resiste allo scorrimento meglio delle resine tradizionali oggi impiegate nel settore. Gli autori definiscono il risultato controintuitivo e ne fanno il punto centrale dello studio. Anche sulle altre prove meccaniche il materiale regge il confronto: la rigidità è in linea con quella dei compositi in uso, e la resistenza alla compressione risulta superiore di circa il 10%. Per dimostrare che il salto dal laboratorio ai siti di produzione è possibile, il gruppo ha costruito una pala prototipo lunga nove metri, con anima in legno di balsa. Sono poca cosa rispetto ai sessanta o cento metri delle turbine attuali, ma secondo i ricercatori bastano a validare tutti i passaggi di lavorazione che verrebbero replicati su scala industriale.

Cosa resta nel bagno di metanolo

Il riciclo funziona così: la pala viene immersa in metanolo insieme a un catalizzatore, il carbonato di potassio, un composto comune e a basso costo. Il catalizzatore innesca la rottura dei legami e la resina si scompone nei suoi mattoni di partenza. Sui campioni di resina pura la dissoluzione completa ha richiesto sette giorni a 50°C; sulla pala prototipo il processo ha demolito il manufatto in circa sei ore. Nelle stesse condizioni un composito tradizionale non mostra alcun segno di degradazione. Quello che resta ha valore. L’indurente si recupera e, rimesso in circolo con componenti freschi, produce una resina con proprietà sostanzialmente identiche a quella di partenza; le fibre di vetro emergono pulite, praticamente indistinguibili da quelle vergini. Sommando le due frazioni, il recupero potenziale supera l’85% in peso. Il secondo studio del gruppo, uscito su Matter, aggiunge i conti: prezzo stimato attorno ai 2,28 dollari al chilogrammo contro i 2,83 di una resina epossidica commerciale, e dal 33% al 35% in meno di emissioni di gas serra.

Il problema dei tempi

Il Nrel non è il solo ad avere capito che la partita si gioca sui materiali. Nel parco eolico offshore Sofia di Rwe, al largo delle coste britanniche, il 50% delle turbine monterà pale riciclabili di Siemens Gamesa, realizzate con una resina che a fine vita può essere separata e reimpiegata. Chimica diversa, logica identica: intervenire a monte sul collante, invece che a valle sul rifiuto. Le zone d’ombra restano, e i ricercatori non le nascondono. Servono prove di resistenza alla fatica su componenti reali, e non esiste oggi una filiera industriale di riciclo chimico per questi materiali. Nel caso della fibra di vetro, che ha un valore di mercato modesto, il recupero potrebbe persino non risultare conveniente. Ma la questione più seria è di calendario, e nessuna resina può risolverla. Le pale che arrivano a fine vita oggi, e quelle italiane che ci arriveranno nel prossimo decennio, sono state costruite quindici o vent’anni fa con la chimica di allora. Pecan non le riguarda: riguarda le pale che verranno installate d’ora in avanti, e che torneranno a terra intorno al 2050. Il divieto di discarica entrato in vigore a gennaio va gestito con gli strumenti che ci sono, mentre la soluzione programmatica lavora su un orizzonte diverso. Sono due problemi distinti, e conviene non confonderli.