Die Rotorblätter von Windkraftanlagen verursachen jährlich zehntausende Tonnen Abfall – Tendenz steigend. Ein Forschungsteam der HAW Kiel untersucht, ob Naturmaterialien eine nachhaltigere Alternative zu den konventionellen glas- und kohlefaserverstärkten Kunststoffen sind. In Simulationen, Materialtests und Versuchen im Windkanal ermitteln die Forschenden geeignete Werkstoffe und Bauweisen. Anschließend stellt der Projektpartner, ein Kieler Unternehmen aus dem Yachtbau, Rotorblätter in Originalgröße her, die nach DIN-Norm auf ihre Belastbarkeit geprüft werden. Ziel ist ein Prototyp für Kleinwindanlagen.
Die Produktion herkömmlicher Rotorblätter von Windkraftanlagen ist kosten- und energieintensiv. Der Grund: Sie bestehen vor allem aus glas- und kohlefaserverstärkten Kunststoffen. Auch ihre Entsorgung erfordert einen erheblichen Ressourceneinsatz. Das Projekt „Entwicklung von Rotorblättern für Kleinwindanlagen aus Naturmaterialien“ setzt genau hier an: Gefördert von der Gesellschaft für Energie- und Klimaschutz Schleswig-Holstein (EKSH) möchte die HAW Kiel gemeinsam mit der Nuebold Yachtbau GmbH Rotorblätter aus nachwachsenden Naturfasern entwickeln, die eine deutlich bessere Umweltbilanz aufweisen.
Die Rotorblätter von Windkraftanlagen verursachen jährlich zehntausende Tonnen Abfall, die sich in den nächsten Jahren mit dem Rückbau älterer Anlagen vervielfachen werden. Während Stahl und Beton von Windkraftanlagen zu 85 Prozent wieder verwertbar sind, stellt die Entsorgung der Rotorblätter eine große Herausforderung dar. „Wir möchten zeigen, dass nachhaltige Rotorblätter aus Flachsfasern und anderen nachwachsenden Rohstoffen sämtliche technischen Anforderungen erfüllen können und so einen echten Beitrag für eine noch nachhaltigere Windenergie leisten“, erklärt Projektleiter Prof. Dr.-Ing. Sten Böhme von der HAW Kiel. Ziel der Projektpartner ist es, in den kommenden zwei Jahren einen Prototypen für Kleinwindanlagen zu bauen, also ein Rotorblatt für eine Rotorfläche unter 200 Quadratmetern.
Zunächst untersucht das Forschungsteam geeignete Naturfaser-Werkstoffe wie Flachs, Balsaholz und Paulownia, ein Blauglockenbaumgewächs, und testet deren Belastbarkeit. Anschließend entwerfen die Forschenden die Form und den Aufbau der Rotorblätter mithilfe von Computersimulationen. Im nächsten Schritt entstehen erste Modelle, deren Stabilität und Leistungsfähigkeit Böhmes Team im Windkanal der HAW Kiel testet. Verlaufen diese Tests erfolgreich, fertigen die Projektpartner Rotorblätter in Originalgröße und unterziehen die Prototypen den in der DIN-Norm „Windenergieanlagen“ festgelegten Belastungstests auf Biegung.
Im Vorfeld des Projekts haben die HAW Kiel und die Nuebold Yachtbau GmbH bereits wichtige Vorarbeiten geleistet. Gemeinsam untersuchten sie, wie sich Glasfaserverbunde durch nachhaltige Naturfasermaterialien ersetzen lassen. Dafür fertigte Nuebold Yachtbau verschiedene Proben aus Flachsfasern und testete sie auf ihre Belastbarkeit und Stabilität. „Aktuell wird der Verbundstoffanteil beispielsweise durch Flachsfaser ersetzt, ohne dabei die besonderen Materialeigenschaften der Naturfaser zu berücksichtigen“, erklärt Geschäftsführer Jaron Nübold. „Wir sind überzeugt davon, dass insbesondere Erkenntnisse zu den dynamischen Materialeigenschaften den Durchbruch in der breiten Anwendung ermöglichen können.“