Spatiotemporal Evolution of Material Metabolism and Environmental Impact of Wind Power Systems

Den globale kumulative vindkapacitet voksede fra 7,5 GW i 1997 til 744 GW i 2020 og oversteg 1,1 TW i 2024, hvilket gør vindenergi til en central søjle i lavkulstofbaserede elsystemer. Brasilien er blandt de hurtigst voksende vindmarkeder og nåede 30,45 GW installeret kapacitet i 2023; den fremtidige udbygning står imidlertid over for markante afvejninger i arealanvendelse samt sociale og miljømæssige konflikter. Den hurtige ekspansion af vindkraftsystemer (WPS’er) omsættes til store materialelagre i brug og en forestående bølge af udtjente (end-of-life, EoL) turbiner, med konsekvenser for affaldshåndtering, cirkulære materialestrategier og livscyklusdrivhusgasemissioner (GHG). Denne afhandling kortlægger den rumlige og tidslige udvikling i WPS’ers materialemetabolisme og tilhørende miljøpåvirkninger på kommunalt niveau og adresserer fire spørgsmål: (i) globale rumlige og tidslige mønstre for WPS-kapacitet, materialelagre/-strømme og indlejrede GHG-emissioner; (ii) rumlig egnethed for udbygning af landbaseret vind i Brasilien samt fordeling af fremtidig kapacitet;(iii) fremadskuende brasilianske WPS-materialelagre og EoL-udstrømme frem mod 2050; og (iv) EoLhåndtering og cirkularitetsstrategier baseret på disse resultater. Metodisk integrerer afhandlingen dynamisk materialestrømsanalyse (MFA), en GIS-baseret multikriteriebeslutningsanalyse (MCDM) af egnethed samt rumlig dataanalyse (SDA) på tværs af tresammenhængende studier. Studie I sammenstiller og validerer et harmoniseret geodatasæt (>60.000land- og havvindparker frem til 2020) og kobler det med en inflow-drevet, komponentopdelt dynamisk MFA-model for at kvantificere kapacitet, multimateriale-lagre/-strømme og livscyklus-indlejredeGHG-emissioner for 1978–2050 på vindparks- og kommunalt niveau. Studie II udvikler en landsdækkende egnethedsvurdering for landbaseret vind i Brasilien ved hjælp af en GIS-baseret MCDM-ramme (seks kriterier; fjorten begrænsninger), kalibreret mod eksisterende projekter og AHPvægte frembragt gennem ekspertvurderinger. Studie III kobler egnethedskortene til tre scenarier i den nationale energiplan (PNE 2050) for at fordele fremtidige turbiner og kvantificere materialetilførsler, lagre i brug og EoL-udstrømme fra brasilianske landbaserede WPS’er frem mod 2050. Resultaterne viser, at Asien–Stillehavsområdet og Europa tilsammen stod for mere end tre fjerdedele af den globale vindkapacitet i 2020, mens et lille antal delstater og kommuner (fx Texas, USA; Ceará, Brasilien; Nordtyskland; og Rumænien) fremstår som vedvarende hotspots for materialestrømme ud af systemet, bladpolymeraffald og indlejrede GHG-emissioner. Under et specifikt “ingen nybyggeri efter 2020”-scenarie når det globale bladpolymeraffald ~43 Mt i 2050, med den største afviklingsbølge i 2030’erne. For Brasilien identificerer scenariet Wind Power Expansion (WPE) ~1,67 mio. km² (19,6 %af det nationale territorium) som egnet til landbaseret vind, svarende til et teoretisk kapacitetspotentiale på 15.812 GW, mens det mere restriktive High Economic Reward (HER)-scenarie giver 14.268 km²høj-ydelsesareal. Under tre nationale udbygningsforløb (109, 209 og 246 GW i 2050) øges bladpolymerlagrene til ~1,2×10⁵ t i 2050, og EoL-udstrømmene topper i 2040’erne, hvor hotspots gradvist flytter sig fra nutidens kystklynger i Nordøst mod sydlige og indre nordøstlige delstater (fx Santa Catarina og Alagoas). På kommunalt niveau dominerer et lille sæt “høj-kapacitet, høj-tæthed, høj-affald”-hotspots materialelagre og EoL-strømme i alle scenarier. Afhandlingen anbefaler at kombinere politikker for udvidet producentansvar (EPR) med fremskridt inden for genanvendelse af vinger (herunder kemisk genanvendelse) og en trinvis brasiliansk EoLstrategi i overensstemmelse med den nationale affaldspolitik. Konkret kan tidlige genanvendelsesfaciliteter prioriteres i Rio Grande do Norte (2025–2030), efterfulgt af kapacitetsudbygning mod Santa Catarina (2030–2040) og Alagoas (2040–2050). Centrale bidrag omfatter (i) den første kommunale MFA på globalt niveau og for Brasilien af WPS’er, (ii) validerede globale og nationale geospatiale vinddatasæt og (iii) en skalerbar GIS-baseret MCDM-metodik til egnethedsvurdering af vindparker. Den integrerede ramme kan overføres til andre fremvoksende vindmarkeder og materialetunge vedvarende energiinfrastrukturer (fx solceller) og leverer rumligt eksplicit evidens til at understøtte bæredygtig vindplanlægning, cirkulære ressource-strategier og klimapolitik i tråd med SDG 7, SDG 12 og Brasiliens PNE 2050-målsætninger om netto-nul.