Kosteneffiziente und CO2-neutrale Module für Windkraftanlagen aus Holz

Bei Windkraftanlagen gilt meist: je höher, desto leistungsfähiger, was jedoch den Transport erschwert. Für eine wegweisende modulare Lösung machte sich das Projekt Modvion nun die Vorteile von Holz zunutze.

Energie

Der Internationalen Energieagentur zufolge wird Windkraft bis 2027 der voraussichtlich wichtigste Energieträger in der EU sein. Wesentliche Voraussetzung hierfür sind höhere Türme der Windkraftanlagen. Je höher die Anlage, desto mehr erneuerbarer Strom kann zu geringeren Kosten erzeugt werden. Modvion konstruierte einen aus Modulen bestehenden, transportablen Turm aus Schichtholz, der kostengünstig vor Ort montiert wird. So baute das Unternehmen bereits einen 30 Meter hohen Prototypen für eine Forschungsanlage, die vom schwedischen Technologiezentrum für Windkraft in Auftrag gegeben wurde und demnächst auf der Insel Björkö nahe Göteborg installiert wird. Das EU-finanzierte Projekt Modvion unterstützte das gleichnamige schwedische Unternehmen bei der Erstellung eines Geschäftsplans, indem es den konzeptionellen Entwurf sowie die technische und kommerzielle Durchführbarkeit analysierte und eine Risikobewertung der 110 Meter hohen Turmkonstruktion für ein 150 Meter hohes Kraftwerk durchführte. Das schwedische Versorgungsunternehmen Varberg Energi bekundete bereits Kaufinteresse an dem Turm im industriellen Maßstab und plant die Installation für das Jahr 2022. Rabbalshede Kraft, ein Konstrukteur von Windkraftanlagen, will für sein Projekt Fägremo zehn Türme kaufen, die mehr als 150 Meter hoch sind.

Nur natürliche Kohlefaser

Meist werden Windkraftanlagen aus Stahlrohr gefertigt, haben aber dann einen großen Basisdurchmesser und sind aufgrund des generell auf etwa 4,5 Meter Höhe/Breite begrenzten Straßenraums schwer zu transportieren. Andere Lösungen wie Hybrid-Stahlbeton, Modulstahl oder Gitterkonstruktionen sind insgesamt teurer und schlagen bei der Produktion mit hoher CO2-Bilanz zu Buche (15 % der globalen CO2-Emissionen; 8 % für Beton und 7-9 % für Stahl). Die Lösung von Modvion biegt und klebt Holzwerkstoff zu Sperrholz-ähnlichen Modulen, die einfach transportiert, vor Ort zu kreisförmigen Abschnitten zusammengesetzt und schließlich zu einem vollständigen Turm aufeinander gestapelt werden. „Zwar benötigt man bei Schichtholz größere Mengen als bei Stahl und auch die Wandstärke ist dicker, aber das ist kein Problem. Holz ist ebenso fest wie Stahl, aber 70 % billiger. Zudem hat es bereits CO2 aus der Atmosphäre aufgenommen, das dann in der Konstruktion fixiert ist. Wird ein einzelner 150-Meter-Stahlturm durch einen Holzturm ersetzt, können beim Bau 2 000 Tonnen CO2-Emissionen eingespart werden, wie unsere Berechnungen zeigen“, sagt Projektmanagerin Karin Björe. Für die Tests und Simulationen des Prototypen griff man auf die Finite-Elemente-Methode (FEM) zurück, führte Strukturanalysen der Turmkonstruktion sowie Labortests zur Ermüdung, statischen Strukturfestigkeit und Herstellbarkeit durch. Die Tests ergaben über die gesamte Länge des 30-Meter-Holzturms lediglich eine Abweichung von knapp 2-3 mm von der Senkrechte, was durchaus innerhalb der Toleranz liegt.

Weiterer Vertrieb

Modvion unterstützt die EU in ihrem Bestreben, den Anteil an erneuerbaren Energien zu erhöhen und kann mit seinem innovativen Ansatz fossile CO2-intensive Energieträger durch umweltfreundlichere und kostengünstigere Windkraftanlagen ersetzen. Ebenso werden CO2-intensive Materialien wie Stahl und Beton durch nachwachsendes Verbundholz ersetzt. „Wir zeigten, dass sich Verbundholz für komplexeste Strukturen eignet, sodass Bedenken schwinden, Holz auch für andere Konstruktionen wie Hochhäuser und Brücken zu verwenden“, sagt Björe. Nachdem der 110 Meter hohe kommerzielle Turm nun für Varberg Energi installiert wurde, will die Forschergruppe ihre Produktionskapazitäten für technische Neuerer in Schweden und anderen Ländern erweitern.