Turbinas eólicas y su reciclado

He procurado trasmitir siempre a mis estudiantes la idea de que, en lo relativo a la evidencia científica sobre cualquier tema, y como pasa en otros aspectos de la vida, casi nada es blanco o negro sino que su color anda en la gama de grises. Y en el asunto de las energías alternativas o "verdes" pasa lo mismo. Ni la energía generada por las turbinas eólicas es la solución maravillosa desde el punto de vista ambiental ni la proveniente del gas natural es una caca. Y de turbinas y de los problemas que nos están ya generando con el final de la vida activa de sus palas va esta entrada. Motivada porque, en muy poco tiempo, he dado con dos interesantes artículos sobre el tema, uno centrado en el caso americano, proveniente de mi sempiterno Chemical and Engineering News, y otro que aborda las estrategias europeas al respecto.

Símbolo preclaro de la generación de electricidad verde (a nivel global generaron en 2020 el 6% de la electricidad consumida), estas grandes turbinas eólicas son enormes acumulaciones de acero, cemento y plástico, tres de los cuatro pilares (el cuarto son los fertilizantes) que Vaclav Smil define en su libro How the World Really Works como fundamentales para nuestra vida actual. Y, al mismo tiempo, cuatro procesos industriales que nos va a costar mucho desengancharlos del consumo de combustibles fósiles. Porque como decía hace poco mi antiguo estudiante y amigo, Josu Jon Imaz, Consejero Delegado de Repsol, "electrificar no es descarbonizar".

Los cimientos de esas enormes turbinas son de hormigón armado, sus torres y rotores son de acero y sus enormes palas son principalmente resinas poliméricas (alrededor de 15 toneladas para una turbina de tamaño mediano). Por no hablar de que todas estas piezas gigantes deben ser llevadas al sitio de instalación por camiones de gran tamaño propulsados por gasoil y montadas por grandes grúas de acero. O de la cantidad de lubricantes que deben emplearse para que el rotor rote, generalmente provenientes del petróleo. Pero en esta entrada, como decía antes, nos vamos a centrar en las palas porque son de naturaleza polimérica en gran parte de su estructura y porque un servidor tiene alguna experiencia profesional al respecto que me ayudará a contaros una historia.

Como nada es eterno, las palas de las turbinas eólicas tienen también una vida limitada y acaban por no cumplir la labor para la que se las fabricó y, por tanto, hay que cambiarlas en periodos de tiempo que, se estima, van entre los 15 y 25 años. Y hacer algo con ellas. Solo en Estados Unidos se estima que en 2021 se desmontaron del orden de 8000 palas que equivalen a unas trescientas cincuenta mil toneladas. Y en Europa podemos ya andar por el medio millón de toneladas. En un estudio de 2017, se estimaba que para 2050 y a nivel global, se nos podrían acumular sobre la faz de la Tierra del orden de cuarenta y tres millones de toneladas. Y si queréis leer algo sobre la situación española podéis acudir a este enlace que me ha pasado un lector.

En el momento presente, la gran mayoría de esas palas, sobre todo las americanas, van a parar a vertederos y la principal razón para esa solución poco sostenible es que reciclarlas es harto complicado. En su composición, más del 80% de la masa de la pala es un material compuesto (o composite). Entre el sesenta y el 70 % de la masa de ese material compuesto consiste en fibras de refuerzo, principalmente fibra de vidrio, aunque también algo de fibra de carbono. El resto es una resina polimérica (generalmente epoxi) que aglutina esas fibras largas y rígidas en una matriz sólida, relativamente ligera, en la que fibras y resina están íntimamente mezcladas. Con lo que, para reciclarlas, hay que separarlas.

Esas resinas  son lo que los poliméricos llamamos polímeros termoestables. Para que no os enredéis en estos tecnicismos, usaremos el ejemplo de ese adhesivo que casi todo el mundo conoce y que desde hace años se ha vendido bajo el nombre comercial de Araldit. Se presenta en dos tubos, uno con una resina epoxi propiamente dicha y otro con agentes que van a provocar su endurecimiento (curado) cuando el contenido de ambos tubos se mezcla. Y una vez endurecida, esa resina no puede reciclarse a la manera que hacemos con los termoplásticos o plásticos convencionales, que podemos calentar, fundir y moldear dando vida a un nuevo objeto. De ahí lo de termoestables y de ahí la dificultad de separar la resina de las fibras de vidrio o carbono que une íntimamente.

Del papel de las resinas en las palas algo sabe el Búho. No en vano, a finales de los noventa, nos enseñaron la planta denominada Fiberblade, en Alsasua, donde se empezaron a fabricar, casi de forma manual, las primeras palas de turbina que Gamesa empezó a montar en España. Luego, un amigo fue el artífice del montaje de la primera planta de Gamesa en China y, más tarde, desde el Instituto Polymat tuvimos años de colaboración con Gamesa, a la hora de controlar los procesos de endurecimiento de los preimpregnados de resinas epoxi y fibras (prepegs), de cara a buscar las condiciones idóneas para llevar a cabo el proceso de curado.

Planteado el problema del reciclado de las palas y tratando de que todo no vaya a los enormes vertederos que se necesitan al efecto, la gente del ramo eólico anda ya buscando alternativas a ese desecho. La que parece que ha calado en algunos países como Alemania, consiste en cortar las palas en trozos pequeños y después triturarlos y utilizarlos tal cual en los hornos de las cementeras. Allí se quema la resina (un compuestos de carbono) produciendo parte de la energía necesaria en el funcionamiento del horno, sustituyendo a los combustibles fósiles. Eso, además, deja las fibras libres de resina que, posteriormente, se usan en la preparación de unos cementos especiales, con acomodo en el mercado.

En la fabricación estándar de cemento, se calienta una mezcla de piedra caliza molida y arcilla en un horno rotatorio para producir un material conocido como clínker. Luego se mezcla el clínker con yeso. El proceso convierte el carbonato de calcio, el componente principal de la piedra caliza, en óxido de calcio liberando dióxido de carbono. Una forma bien conocida de reducir las emisiones de CO2 de las cementeras es sustituir una parte de la piedra caliza por materiales ricos en sílice para fabricar tipos alternativos de cemento. La fibra de vidrio de las palas de las turbinas eólicas proporciona ese material rico en sílice.

Otra vía implica no quemar sino pirolizar los trozos en los que se han cortado las palas, esto es, someter al material a altas temperaturas pero sin llama, para conseguir que la resina se acabe descomponiendo en gases y vapores que puedan ser utilizados en procesos químicos de síntesis de nuevos materiales, reemplazando a los derivados de las plantas petroquímicas. Y dejándonos libres las fibras para ulteriores usos. Finalmente, hay también soluciones un tanto esotéricas, como usar trozos relativamente grandes de las palas en el diseño de parques infantiles. O pensar que podemos volver a los viejos molinos de viento y hacer que esas palas, que cada vez tienden a ser más grandes, se puedan fabricar a partir de biomasa, como madera de bambú. O, como me ha escrito un lector en los comentarios, usar resinas de polímeros biodegradables y luego, cuando las palas se retiran, emplear la resina para fabricar....gominolas.

Ya veremos. O ya veréis, porque para cuando esto se aclare me da que yo ya seré polvo de carbono, venteado por las innumerables turbinas que se supone que va a haber.

Microplásticos y otras micropartículas en el mar

Uno puede pensar que los microplásticos son unos recién llegados a los océanos y que, antes de ellos, todo era limpio y natural: agua salada, peces y otros organismos vivos que viven en el mar. Y, por tanto, la irrupción de las partículas microscópicas de plásticos, a mediados del siglo XX, es un desastre en si mismo, con implicaciones visuales, ecológicas e incluso morales para los ciudadanos que vemos su crecimiento continuado en las últimas décadas. Siendo todo ello verdad, lo cierto es que en el mar se encuentran dispersas muchas otras micropartículas, algunas naturales y otras antropogénicas (derivadas de la actividad humana) que tienen una ubicuidad similar o mayor a la de los microplásticos y unos efectos adversos en los seres vivos que compiten con los tradicionalmente atribuidos a los microplásticos.

Eso es al menos lo que se deriva de un reciente artículo publicado este febrero en la revista Nature en su sección Reviews. Los autores identifican primero micropartículas omnipresentes en el mar, en el aire o en el suelo que no son lo que entendemos por microplásticos. Como las micropartículas de tipo inorgánico o mineral, como  la arena, el limo, la sílice o las arcillas. Materia orgánica, constituida fundamentalmente por compuestos de carbono y que se deriva de la descomposición de algas, detritus producidos por el fitoplancton y el zooplancton (como pretende ilustrar la figura que ilustra esta entrada) y microfibras naturales ( como el algodón, la lana, la seda, etc.) que, como ya vimos en otra entrada, parecen predominar en el mar sobre las de origen sintético. Finalmente, materia constituida casi exclusivamente por carbón, como los hollines o el carbón orgánico, derivados de la combustión incompleta de combustibles fósiles o de biomasa.

Los riesgos derivados de la presencia de los microplásticos en el mar, que se suelen leer en los medios, se pueden resumir en unas pocas lineas. Primero, se les atribuye una persistencia en el medio ambiente de decenas, centenares o miles de años. Si tenemos en cuenta que la mayoría de los plásticos llevan solo unas decenas de años en la faz de la Tierra, es preciso extrapolar ensayos de laboratorio para poderles atribuir esas largas persistencias, algo que conlleva una gran incertidumbre. Otro riesgo ya comprobado, sobre todo en experimentos de laboratorio y muchas veces en condiciones lejanas a las que se dan en el mar, es que pueden causar todo tipo de problemas a los organismos que los ingieren, sobre todo si el tamaño que presentan puede generar obstrucciones a nivel del tracto digestivo. 

Pero los riesgos más publicitados sobre los microplásticos tienen una faceta indiscutiblemente química. Aunque intrínsecamente son inertes, esos microplásticos pueden lixiviar (soltar al mar) sustancias no poliméricas en ellos contenidas, como restos de los monómeros empleados en su fabricación, plastificantes como los ftalatos para hacerlos más moldeables u otras sustancias añadidas (colorantes, protectores contra el fuego, etc.). El otro riesgo "químico" de los microplásticos es que, como ya contamos aquí,  puedan actuar como vectores químicos de sustancias peligrosas ya existentes en el mar, derivadas de pasadas actividades humanas, como el DDT, los PCBs, PBDEs y otros. Esas sustancias, denominadas de manera global Compuestos Orgánicos Persistentes (COPs), disueltas en pequeña cantidad en el agua de mar, tienen una alta tendencia a absorberse en los microplásticos. Si luego un pez, confundiéndolos con una presa, se los come, pudiera ocurrir que en el intervalo de tiempo que los microplásticos permanecen en el cuerpo del animal, esas sustancias químicas se absorbieran en la materia grasa del mismo y acabaran en nuestro organismo si consumimos ese pescado.

Pues bien, todas las micropartículas arriba mencionadas y que se encuentran en el mar, compartiendo espacio con las partículas de microplásticos, tienen características muy similares a ellas, como puede verse en la tabla de la derecha, que podéis ampliar clicando en ella y que proviene del artículo mencionado arriba. Y así, su tamaño medio está en el orden de las micras, su permanencia en el mar es de centenares o miles de años, sus densidades son similares a las de los plásticos, entre 1 y 2 gramos por centímetro cúbico, lo que les permite ocupar igual que ellos la totalidad de la columna de agua. Y, finalmente, las concentraciones en las que se encuentran en el agua son similares o superiores a las de los propios microplásticos. Es decir, esas micropartículas no son muy distintas de los microplásticos ni lo son sus potenciales riesgos para los habitantes del mar.

Y así, la sola presencia de micropartículas inorgánicas en el interior de los organismos vivos pueden causar similares problemas a los causados por los microplásticos. Para entenderlo basta con considerar los problemas causados en los humanos por el polvo de amianto o la silicosis causada por el polvo de carbón. O, fuera de exposiciones ligadas a ámbitos de trabajo u ocupacionales, la preocupación se manifiesta en el seguimiento que hacemos en las ciudades de las micropartículas existentes en el aire, las famosas PM10 y PM2,5, como forma de prevenir ciertas enfermedades respiratorias o el propio cáncer.

Pero es que, además, las partículas de materia carbonosa, como los hollines, contienen y pueden soltar en el agua del mar (lixiviar) cantidades sustanciales de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs), sustancias peligrosas que, fuera del mar, causaron los cánceres infantiles en niños dedicados a deshollinar chimeneas y están presentes en la combustión del tabaco. Y, para terminar, todas las micropartículas de naturaleza orgánica y carbonosa arriba descritas pueden absorber y actuar como vectores de los mismos Contaminantes Orgánicos Persistentes (COPs) que los microplásticos.

Así que los autores del artículo arriba mencionado concluyen que el estudio de los riesgos de los microplásticos en los océanos no se pueden estudiar por separado, sino que es preciso un enfoque conjunto con la totalidad de micropartículas existentes en los mares y que pueden afectar igualmente a la vida marina.

Solo así podremos evaluar adecuadamente los verdaderos riesgos de los microplásticos.