Entwicklung eines anwendungsorientierten Materialflussmodells zur Bewertung der ökologischen Potenziale des Geradebiege-Verfahrens (ReBend) zur Stahlrückgewinnung aus Windradtürmen.

Abstract

Der weltweite Ausbau der Windkraft führt zu einem kontinuierlichen Anstieg installierter Anlagen und in weiterer Folge zu wachsenden Rückbaumengen. Obwohl der Bedarf an zirkulären Strategien im Windenergiesektor steigt, ist die wissenschaftliche Auseinandersetzung mit der Wiederverwertung stillgelegter Windkraftanlagen, insbesondere von Stahltürmen, bislang stark unterentwickelt. Vor diesem Hintergrund untersucht die vorliegende Arbeit das ökologische Potenzial des ReBend-Verfahrens, das eine mechanische Wiederverwertung von Stahlturmsegmenten durch ein fünfstufiges Prozessschema ermöglicht, bei dem die gebogenen Segmente zugeschnitten, geradewalzt und aufbereitet werden. Ziel der Arbeit ist es, das energetische Einsparpotenzial des ReBend-Verfahrens im Vergleich zur Primärstahlherstellung im Hochofen (BOF) und zur Sekundärstahlproduktion im Elektrolichtbogenofen (EAF) abzuschätzen. Zu diesem Zweck wurde ein anwendungsorientiertes Materialflussmodell entwickelt, das auf einer Regressionsanalyse, einer szenariobasierten Bewertung sowie einer systematischen Literaturanalyse zur Ermittlung methodischer Bausteine basiert. Die Forschungsarbeit folgt dem Design-Science-Ansatz nach Hevner et al. (2004) und dem Prozessmodell von Peffers et al. (2007). Die im Rahmen der Arbeit durchgeführten Expert:inneninterviews dienten nicht nur der Validierung, sondern führten auch zur gezielten Weiterentwicklung des Modells sowie zur Reflexion zentraler Annahmen. Da empirische Daten zu Rückbaumengen und Materialflüssen bislang weitgehend fehlen, wurde eine Abschätzformel zur Bestimmung der Turmmasse entwickelt und exemplarisch auf den österreichischen Anlagenbestand angewendet. Daraus ergibt sich eine theoretisch verfügbare Stahlmenge von 121.050 Tonnen. Die energetische Bewertung zeigt, dass das ReBend-Verfahren je nach Effizienzgrad Einsparungen von 20,5 % (gegenüber EAF) bis zu 95,3 % (gegenüber BOF) ermöglichen kann. Die Ergebnisse belegen das erhebliche Potenzial des Verfahrens, verdeutlichen aber auch, dass seine tatsächliche Konkurrenzfähigkeit stark vom Wirkungsgrad einzelner Prozessschritte, insbesondere des Richtwalzens, abhängt. Die exemplarisch berechneten Stahlmengen sind vor dem Hintergrund der derzeit üblichen Weiternutzung als hypothetisch zu verstehen. Sollte der Secondhand-Markt für Windräder künftig an Bedeutung verlieren, bietet die entwickelte Methodik eine fundierte Grundlage zur Abschätzung des nutzbaren Stahlpotenzials und der möglichen Energieeinsparung des Rebend-Verfahrens im Vergleich zu herkömmlichen Stahlherstellungsrouten.

The global expansion of wind energy has led to a continuous increase in installed wind turbines and, consequently, to growing decommissioning volumes. Although the need for circular strategies in the wind energy sector is rising, academic engagement with the reuse of decommissioned wind turbines, particularly steel towers, remains significantly underdeveloped. Against this backdrop, the present study investigates the ecological potential of the so-called ReBend process, a five-step mechanical approach for reprocessing steel tower segments, in which the curved sections are cut, straightened, and further processed. The aim of this thesis is to assess the energy savings potential of the ReBend process compared to primary steel production in blast furnaces (BOF) and secondary production in electric arc furnaces (EAF). To this end, an application-oriented material flow model was developed, based on a regression analysis, scenario-based evaluation, and a systematic literature review to identify relevant methodological building blocks. The study follows the Design Science approach by Hevner et al. (2004) and the process model of Peffers et al. (2007). The expert interviews conducted as part of the research not only served to validate the model but also contributed to its targeted refinement and to a critical reflection of core assumptions. Due to the lack of empirical data on decommissioning volumes and material flows, a regression-based estimation formula for tower mass was developed and applied to the Austrian steel wind turbine stock. This resulted in a theoretical steel potential of 121,050 tonnes. The energy assessment shows that the ReBend process can achieve energy savings ranging from 20,5 % (compared to EAF) to 95,3 % (compared to BOF), depending on process efficiency. These results highlight the significant potential of the process but also underline that its competitiveness strongly depends on the efficiency of individual process steps—particularly the straightening stage. The steel quantities calculated in this study are to be considered hypothetical in light of the current widespread reuse of decommissioned wind turbines. However, if the second-hand market for wind turbines declines in the future, the developed methodology provides a sound basis for estimating the recoverable steel potential and the possible energy savings of the ReBend process compared to conventional steel production routes.