Wohin mit alten Rotorblättern? Die Lösung kommt aus Chemnitz

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Windkraft steht für saubere Stromerzeugung, für Versorgungssicherheit und für den Ausbau erneuerbarer Energien. Weniger sichtbar ist allerdings die materielle Kehrseite. Rotorblätter und Windturbinen sind auf eine Lebensdauer von etwa 20 Jahren ausgelegt, spätestens nach rund 30 Jahren müssen sie ersetzt werden.

Weil der große Windkraftboom in Europa kurz nach der Jahrtausendwende einsetzte, erreichen in den kommenden Jahren mehrere zehntausend Tonnen Verbundmaterialien pro Jahr ihr Lebensende.

Pultrusion statt Handarbeit

Eine Herausforderung dabei ist die Lage bei Rotorblättern aus glasfaserverstärkten Kunststoffen. Sie sind leicht, stabil und für den Betrieb ideal, passen aber nur schlecht in klassische Kreislaufmodelle. Nach Angaben des Fraunhofer IWU sind thermische Verwertung oder das Schreddern zur Beimischung kleinster Faserreste in Zement keine nachhaltigen Lösungen. Eine Deponierung ist in der Europäischen Union ohnehin untersagt.

Die eigentliche Herausforderung im Bereich der Windkraft lautet deshalb nicht nur: Wie lässt sich ein altes Rotorblatt entsorgen? Sondern vor allem: Wie muss ein neues Rotorblatt konstruiert sein, damit es gar nicht erst so schnell zum Entsorgungsfall wird?

An diesem Punkt setzt das EU-Projekt Recreate an, an dem das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU gemeinsam mit weiteren Partnern aus Forschung und Industrie arbeitet. Künftige Rotorblätter für Windkraft sollen dabei nicht mehr als weitgehend untrennbare Großbauteile gedacht werden. Sie sollen Konstruktionen sein, bei denen sich verschleißanfällige Elemente austauschen und Materialien besser wiederverwenden oder recyceln lassen. Gezeigt wird dieser Ansatz an einem Demonstrator, den das Institut auf der IFAT (4. bis 7. Mai 2026) in München präsentiert.

Die Schwachstelle sitzt an der Vorderkante

Ein besonders kritischer Bereich bei einem Rotorblatt ist die Vorderkante. Sie ist Wind, Staub und Regen direkt ausgesetzt und verschleißt je nach Standortbedingungen früher als andere Teile des Blatts. Wenn sich diese Zone nicht separat ersetzen lässt, verliert das Rotorblatt mit der Zeit an Leistungsfähigkeit.

Im ungünstigen Fall so weit, dass das gesamte Bauteil ausgetauscht werden muss. Das Fraunhofer IWU setzt deshalb auf einen modularen Aufbau für diese Komponente der Windkraft: Um einen durchgehenden, tragenden Holm sind weitere Komponenten angeklebt. Die Vorderkante besteht aus Thermoplast und Naturfasern und lässt sich dank einer lösbaren Klebeverbindung austauschen.

Das ist mehr als eine Frage der Reparaturfreundlichkeit. Mit zunehmendem Verschleiß an der Vorderkante verschlechtert sich das Strömungsverhalten, der Wirkungsgrad sinkt und damit auch die Wirtschaftlichkeit der Anlage. Wird die Vorderkante rechtzeitig ersetzt, lässt sich nach Angaben des Instituts ein Wirkungsgrad erreichen, der dem eines neuen Rotorblatts entspricht. Nicht das ganze Blatt muss also aus dem Betrieb, sondern gezielt nur das Teil, das am stärksten leidet. Das verlängert die Nutzungsdauer und hält die Energieausbeute länger auf hohem Niveau.

Reparatur, Recycling und Produktion neu zusammendenken

Bisherige Rotorblätter sind fast immer in zweischaliger Bauweise konstruiert. Zwei große Halbschalen werden in riesigen Formen gefertigt, anschließend mit Holmen oder Stegen ergänzt, exakt ausgerichtet und großflächig verklebt. Dieses Verfahren hat sich für sehr lange Rotorblätter bewährt, ist aber arbeitsintensiv und nur begrenzt automatisierbar. Gerade die Faserablage, die Positionierung von Kernmaterialien und die Nachbearbeitung erfordern viel Handarbeit. Das ist einer der Gründe, warum die Produktion heute häufig in Ländern mit niedrigeren Lohnkosten stattfindet.

Mit dem Demonstrator aus dem Projekt verfolgen die Forschenden deshalb ein doppeltes Ziel. Er soll nicht nur kreislaufgerechter sein, sondern auch besser zur automatisierten Fertigung passen. Ein wichtiger Baustein ist dabei die Pultrusion. Das Verfahren ist seit Jahren bekannt: Endlosfasern werden durch ein Harzbad gezogen, in einer beheizten Düse gehärtet und zu Profilen geformt. Für Rotorblätter eröffnet das die Möglichkeit, den tragenden Holm als kontinuierliches Profil herzustellen und anschließend auf die nötige Länge zuzuschneiden. Das vereinfacht Prozesse und könnte helfen, die Fertigung wirtschaftlicher und stärker automatisiert wieder in Europa zu verankern.

Naturfaserverstärkte Thermoplaste für besseres Altern

Auch bei der Materialwahl geht das Projekt neue Wege. Für die austauschbare Vorderkante kommen Thermoplaste in Kombination mit Naturfasern zum Einsatz. Laut Fraunhofer IWU eignen sich solche naturfaserverstärkten Thermoplaste besser für sogenannte R-Strategien – also Reuse, Repair, Refurbish, Remanufacture und Recycle – als vergleichbare Systeme mit Glasfaserverstärkung. Das liegt am Altern, Reparieren und Recyceln: Naturfasern verlieren ihre Verstärkungswirkung schrittweise, während glasfaserverstärkte Thermoplaste bei Faserverkürzung abrupter an Funktion verlieren können. Für Kreislaufkonzepte ist das ein erheblicher Unterschied.

Besonders wichtig wird das beim mechanischen Recycling. Dabei werden Bauteile am Lebensende zerkleinert, aufgeschmolzen und als Compound oder Halbzeug erneut verarbeitet. Solche Verfahren funktionieren umso besser, je robuster sich ein Material über mehrere Nutzungs- und Recyclingstufen verhält. Hier betonen die Forschenden die Vorteile für naturfaserverstärkte Thermoplaste. Entscheidend ist also nicht nur, ob ein Werkstoff recycelbar ist, sondern auch, wie gut er mehrere Schleifen von Nutzung, Reparatur und Wiederverwertung verkraftet.

Nachhaltige Windkraft über den gesamten Lebenszyklus

Die Forschenden berücksichtigen die gesamte Wertschöpfungskette von Materialauswahl und Design über Fertigung und Betrieb bis zum Lebensende des Produkts. Denn mit dem weiteren Ausbau der Windkraft wächst auch der Druck, die dafür eingesetzten Komponenten kreislauffähiger zu machen.

Ein Rotorblatt, das sich besser reparieren, teilweise wiederverwenden und am Ende sinnvoller recyceln lässt, soll nicht nur weniger Abfallprobleme verursachen. Es soll auch zeigen, dass Windenergie über den gesamten Lebenszyklus hinweg nachhaltig ist.