Simplifizierung von Lebenszyklusanalysen für zirkuläre End-of-Life-Strategien am Beispiel der Vestas V90 Windkraftanlage

Abstract

Die Transformation hin zu einer klimaneutralen Wirtschaft stellt Österreich vor Herausforderungen. Die Windkraft nimmt dabei eine Schlüsselrolle in der Reduktion von Treibhausgasemissionen ein. Da viele Anlagen nach 20–25 Jahren ihr technisches Lebensende erreichen, rücken Fragen des End-of-Life-Managements zunehmend in den Vordergrund. Ziel dieser Arbeit ist es, zirkuläre End-of-Life Strategien am Beispiel der Vestas V90 Windkraftanlage einer ökologischen Bewertung zu unterziehen und gleichzeitig eine simplifizierte Methode zu entwickeln, die eine zeiteffiziente und hinreichend genaue Quantifizierung der Umweltauswirkungen am Ende der Betriebsdauer ermöglicht. Methodisch stützt sich die Arbeit auf eine systematische Literaturrecherche sowie auf die Anwendung der Lebenszyklusanalyse nach ISO 14040 und ISO 14044. Verschiedene End-of-Life-Szenarien – darunter Lebensdauererweiterung, Reuse, Repower, Repurpose, Recycling und Recover – wurden auf Komponentenebene (Fundament, Turm, Gondel, Rotor) modelliert und ökologisch bewertet. Zentrales Augenmerk lag auf der Identifikation struktureller Gemeinsamkeiten innerhalb der Analysen, die eine Reduktion des Modellierungs- und Berechnungsaufwands ermöglichen. Auf dieser Grundlage sowie durch gezielte Prozess-Cut-Offs und die Fokussierung auf maßgebliche Einflussgrößen wurde eine simplifizierte Umwelt-Bewertungsmethode dieser End-of-Life-Strategien entwickelt und evaluiert. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass alle untersuchten Strategien unterschiedliche ökologische Potenziale aufweisen. Besonders effektiv erwiesen sich Maßnahmen zur Lebensdauerverlängerung (Lebensdauererweiterung, Reuse, Repower), da sie bei vergleichbarem Ressourceneinsatz die Elektrizitätserzeugung signifikant steigern. Die Strategien der Materialverwertung (Repurpose, Recycle, Recover) zeigten mit Ausnahme des Recyclings des Fundaments ebenfalls positive, wenngleich deutlich geringere Umweltnutzen. Die simplifizierte Methode erwies sich als verlässlich: Selbst bei einer Reduktion der Prozessanzahl um 81,3 % erreicht sie Ergebnisse, die im Durchschnitt zu 98,8 % mit den detaillierten Lebenszyklusanalysen übereinstimmen. Eine effizientere Ökobilanzierung kann die Entscheidungsfindung in der Industrie unterstützen und die Umsetzung zirkulärer Strategien in der Windkraftbranche erleichtern kann. Der vorgestellte Ansatz versteht sich dabei als Vorschlag, der in zukünftigen Arbeiten weiterentwickelt, getestet und validiert werden sollte. Die Arbeit ist somit als Beitrag zu verstehen, der Impulse für Forschung, Politik und Praxis zur nachhaltigen Gestaltung künftiger Rückbau- und Planungsprozesse geben kann.

The transition to a climate-neutral economy presents significant challenges for Austria. Wind power plays a central role in reducing greenhouse gas emissions. As many turbines reach the end of their technical lifetime after 20–25 years, questions of end-of-life management are becoming increasingly relevant. The aim of this thesis is to conduct an ecological assessment of circular end-of-life strategies using the example of the Vestas V90 wind turbine and, at the same time, to develop a simplified method that enables a time-efficient and sufficiently accurate quantification of environmental impacts at the end of the operational phase. Methodologically, the study builds on a systematic literature review and the application of life cycle assessment according to ISO 14040 and ISO 14044. Various EoL scenarios – including service life extension, reuse, repowering, repurposing, recycling, and recovery – were modeled at the component level (foundation, tower, nacelle, rotor) and evaluated from an ecological perspective. Particular attention was given to identifying structural commonalities across the analyses, allowing for a reduction in modeling and computational effort. On this basis, and through targeted process cut-offs and a focus on key influencing factors, a simplified environmental assessment approach for these end-of-life strategies was developed and evaluated. The results demonstrate that all strategies examined provide distinct ecological benefits. Measures aimed at extending service life (service life extension, reuse, repowering) proved especially effective, as they significantly increase electricity generation while maintaining comparable resource use. Material recovery strategies (repurposing, recycling, recovery) also showed positive, though markedly lower, environmental contributions, with the exception of foundation recycling, whose environmental impacts remained comparatively minor. The simplified method proved to be reliable: even with an 81.3% reduction in the number of modeled processes, it achieved results that, on average, correspond to 98.8% of those from detailed life cycle assessments. More efficient life cycle assessment can support decision-making in industry and facilitate the implementation of circular strategies in the wind power sector. The approach presented here is intended as a proposal that should be further developed, tested, and validated in future work. The thesis should therefore be regarded as a contribution that may provide valuable impulses for research, policy, and practice in shaping the sustainable design of future decommissioning and planning processes.