Circular Supply Chain Development for the Wind Industry

A rapid scaling from 1 TW to more than 10 TW of wind capacity is necessary until 2050 for the transformation of the energy system. As the installation of the required wind turbines will demand a significant input of materials and resources, the transition to a circular economy is seen as a promising approach to contribute to a sustainable and resilient scaling of supply chains in the wind industry. Despite, this recognition, research on circular supply chain management (CSCM) for the wind industry is rare, particularly for second lifecycle pathways of decommissioned wind turbines. In addition, understanding the circular economy pathways for rotor blades is critical to helping the industry build the recycling infrastructure for composites, which has yet to be established on an industrial scale. The study takes a first step towards understanding CSCM and circular supply chains for second lifecycle pathways through the implementation of a mixed methods research design and by exploring the mature onshore wind markets Denmark and Germany from a multi-stakeholder perspective. A systemic and multi-level conceptual framework for CSCM in the wind industry is developed that details the circular flows of wind turbines, components and materials. Furthermore, interviews are conducted with industry experts and the results of the analysis reveal that a second lifecycle for decommissioned onshore wind turbines is common in Denmark and Germany. Additional insights are provided into the complex decision-making processes of the decision to decommission an onshore wind turbine and the choice of the subsequent circular economy pathway. To support capacity planning of supply chain actors and investment decisions in new infrastructure (e.g. blade recycling facility), new turbine, component and material flow models are developed and applied to the installed onshore wind turbine fleet in Denmark and Germany. Based on the newly derived empirical findings and comprehensive market data, annual estimates of decommissioning, second-lifecycle and recycling quantities are provided. It is therefore the first study to introduce annual second-lifecycle flows and to systematically include it into the estimation of recycling flows. The results reveal that the thresholds for a new blade recycling facility of 5,000-15,000 tonnes per year are not met in any of the scenarios provided for Denmark. For Germany, however, it is estimated that the minimum tonnage requirement will be exceeded within the next five years, provided that at least 30 % of the decommissioned onshore wind turbines are retained for recycling. In conclusion, the findings of this study offer valuable insights which can inform the planning of circular supply chains in the wind industry. The study contributes to improving the decision-making basis for policy makers and companies to achieve sustainable resource use along the entire circular value chain.

Für die Transformation des Energiesystems ist bis 2050 eine schnelle Skalierung von 1 TW auf mehr als 10 TW Windkapazität erforderlich. Da der Ausbau einen erheblichen Material- und Ressourceneinsatz erfordert, wird der Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft als vielversprechender Ansatz angesehen, um zu einer nachhaltigen und resilienten Skalierung der Lieferketten in der Windindustrie beizutragen. Trotz dieser Erkenntnis gibt es nur wenige Forschungsarbeiten zum Circular Supply Chain Management (CSCM) für die Windindustrie, insbesondere für die zweite Lebenszyklusphase rückgebauter Windkraftanlagen. Um zudem die Industrie beim Aufbau der Recyclinginfrastruktur für Verbundwerkstoffe im industriellen Maßstab zu unterstützen, ist ein Verständnis über die zirkulären Materialflüsse für Rotorblätter von Bedeutung. Die Studie leistet einen Beitrag zum Verständnis von CSCM und zirkulären Lieferketten für den zweiten Lebenszyklus durch die Untersuchung der etablierten Onshore-Windmärkte in Dänemark und Deutschland aus der Perspektive verschiedener Akteure. Es wird ein konzeptioneller Rahmen für CSCM in der Windindustrie entwickelt, der die zirkulären Ströme von Windturbinen, Komponenten und Materialien detailliert aufzeigt. Zudem erfolgt eine empirische Untersuchung auf Basis von Experteninterviews, dessen Analyse zeigt, dass ein zweiter Lebenszyklus für rückgebaute Onshore-Windkraftanlagen in Dänemark und Deutschland üblich ist. Es werden Einflussfaktoren der komplexen Entscheidungsprozesse in Bezug auf die Stilllegung einer Onshore-Windkraftanlage und die Wahl des anschließenden Kreislaufwirtschaftspfads aufgezeigt und untersucht. Um darauf aufbauend die Kapazitätsplanung der Akteure in der Lieferkette und Investitionsentscheidungen in neue Infrastruktur (z. B. Recyclinganlagen für Rotorblätter) zu unterstützen, werden Modelle für die Komponenten- und Materialströme entwickelt und auf die installierte Onshore-Windkraftanlagenflotte in Dänemark und Deutschland angewendet. Es ist die erste Studie, die den zweiten Lebenszyklus systematisch integriert und demnach jährliche Prognosen der Rückbau, Zweitlebenszyklus- und Recyclingmengen aufzeigt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schwellenwerte für eine neue Recyclinganlage für Rotorblätter von 5.000-15.000 Tonnen pro Jahr in keinem Prognoseszenario für Dänemark erreicht werden. Für Deutschland wird erwartet, dass die 5.000 Tonnen pro Jahr bereits innerhalb der nächsten fünf Jahren überschritten werden, sofern mindestens 30 % des erwarteten Rückbaus für das Recycling bestimmt sind. Die in der vorliegenden Studie gewonnenen Erkenntnisse können folglich in die Planung von zirkulären Lieferketten in der Windindustrie einfließen. Die Studie kann somit einen Beitrag dazu leisten, die Entscheidungsgrundlage für die Politik und Industrie zu verbessern, um eine nachhaltige Ressourcennutzung entlang der gesamten zirkulären Wertschöpfungskette zu erreichen.