“如何实现循环”:风力涡轮机回收的未来

近年来，风力涡轮机叶片的可回收性已成为该行业可持续性讨论的一个关键问题。根据Ørsted的数据，如今，85%到95%的风力涡轮机是可回收的，因为它们主要由钢铁制成，很容易回收。

然而，风力涡轮机叶片的回收仍然是一个挑战，因为它们内部使用了热固性树脂。几十年来，人们一直认为热固性环氧树脂是不可能分解成可重复使用的材料。热固性环氧树脂通常用于风力叶片，使其既轻便又耐用。因此，传统上，叶片被倾倒并留在垃圾填埋场作为一种处理方法。

随着能源转型，风力发电场的规模和数量在全球范围内不断扩大，涡轮机在达到使用寿命时的退役率越来越高。这意味着叶片正在以越来越快的速度加重垃圾填埋场的负担。彭博社(Bloomberg)在2020年报道称，到2024年，美国和欧洲每年将有近1.2万台涡轮机停机，其中大多数涡轮机叶片除了填埋无处可去。

这就是风力涡轮机作为可再生能源生产者的矛盾;虽然风力作为一种发电来源本身是完全可再生的，但用于发电的涡轮机在历史上并不是可持续循环的一部分。该行业最近的创新试图改变这种状况。

在过去的几年里，一些公司和研究中心一直致力于开发易于回收的新型树脂。

特种材料制造商阿科玛于2020年9月启动了ZEBRA(零废弃叶片研究)项目，旨在使用替代热塑性树脂制造完全可回收的风力涡轮机叶片。去年3月，该公司宣布完成了第一个完全可回收的原型风力涡轮机叶片。

叶片长62米，由阿科玛自己的热塑性树脂制成，具有与环氧树脂相似的强度和抗损伤性能，并具有可回收性。

美国密歇根州立大学的研究人员已经开发出一种不同的复合树脂，这种树脂有可能在涡轮机叶片寿命结束时被回收利用成一系列材料和物品。它是由玻璃纤维与植物衍生聚合物以及合成聚合物结合而成的。研究人员发现，由这种新型复合材料制成的原型树脂板既坚固又耐用，足以用于涡轮机或车辆，而且完全可溶解在新的单体中。除了被回收到新的风力涡轮机叶片外，被分解的树脂还可以与其他矿物质结合，制成各种不同的产品。

这些对树脂和叶片重新设计的尝试的共同点是它们的共同目标：以创造真正的循环经济的方式使风力涡轮机叶片100%可回收。直到最近，这条路线似乎是实现涡轮机循环的唯一可行的方法。

风力涡轮机制造商维斯塔斯采用了一种完全不同的方法。在2月份宣布完成了一项新的解决方案，无需重新设计树脂，即可结束涡轮机叶片的垃圾填埋处理。该公司与奥胡斯大学、丹麦技术研究所和材料制造商Olin一起，率先开发了一种新的化学工艺，可以完全分解热固性环氧树脂。具体流程是使用一种液体化学溶液将叶片分解成环氧树脂碎片和纤维。然后环氧树脂被送到奥林公司，Olin公司可以将其加工成“原始级”环氧树脂。

到目前为止，维斯塔斯已经在实验室测试了这项技术，但现在正在建造一个试点设施，以便在两年的时间里进行更大规模的测试，之后它希望将其商业化。

通过一项名为热固性环氧复合材料循环经济(CETEC)项目的联合倡议，一种新的化学解决方案已经开发出来并成功测试，可以将传统的涡轮叶片分解成原始材料并重复使用，使环氧基叶片成为可循环。

该公司表示，这项“新发现的化学技术”可以在液体中分解旧叶片，生产出高质量的材料，这些材料最终可以用来制造新的叶片，以及其他行业的部件。

该公司对进一步的细节守口如瓶，包括所涉及的化学品以及该过程可以重复多少次。

同时该公司正在申请专利，并计划最终将其授权给其他公司。

如果这种技术能够扩大规模，它“可能会改变游戏规则”。

丹麦技术研究所的材料专家和项目首席技术人员解释说，该项目自2017年以来一直在运行，最初的目标与其他公司相同，即创造一种专门考虑可回收性的新型树脂，但挑战仍然存在。

这项技术对垃圾处理者来说也是一个经济的解决方案。但在真正实现规模化、商业上的工业应用之前，还有很多需要优化的地方。从实验室里携带材料到全球驾驶还有很长的路要走。

维斯塔斯远不是第一个试图解决这个棘手问题的人。多年来，公司和科学家们一直在研究不同的方法，尽管许多潜在的解决方案尚处于萌芽阶段或规模较小。

一种方法是将叶片磨碎，并将其用于其他行业。缺点是巨大的叶片难以运输和粉碎。巴洛说:“因为这些材料不值钱，所以真的不值得去做。”

但一些公司表示，他们正在实现这一目标。

总部位于法国的资源管理公司威立雅(Veolia)将旧叶片转化为水泥生产的原料。

在将刀片材料送到水泥窑之前，它将其粉碎、分类和混合。威立雅表示，使用这种混合物可以将水泥制造过程中产生的地球加热污染减少27%。到目前为止，该程序已经处理了2600个叶片。

总部位于田纳西州的Carbon Rivers公司与美国能源部合作，帮助扩大其“热解”技术的规模——这是一种在无氧环境下使用极高热量的化学回收形式。

该公司表示，该工艺生产的玻璃纤维可用于新的风力涡轮机叶片，以及汽车和航运行业。碳河公司的首席战略官表示，它还生产出可用于能源生产的石油。这项技术使他们能够在“净正能量”的过程中“完全彻底地升级风力涡轮机叶片”。

到目前为止，Carbon Rivers已经对41片重达268吨的叶片进行了升级回收，并正在建设回收设施，目标是将叶片的日处理规模扩大到5800多片。

其他的努力集中在改变用于制造涡轮机的材料上，以创造更容易回收的新一代叶片。

2022年，密歇根大学的研究人员宣布，他们将玻璃纤维与一种植物衍生聚合物和一种合成聚合物结合在一起，制成了一种新的叶片树脂，这种树脂可以回收利用，制成各种产品的原料，包括新的涡轮机叶片、笔记本电脑外壳、电动工具，甚至是小熊软糖。

密歇根州立大学化学工程教授约翰·多根(John Dorgan)在一份声明中说，我们回收了食品级乳酸钾，并用它制作了小熊软糖，我也吃了。

当然这是近期新型处理风电叶片的回收利用方式。其中最引人关注的还是维斯塔斯的处理方案。是因为它有望从现有的涡轮机叶片中回收可重复使用的材料，而不使用有害化学物质和大量的能源。也期待后续能从根本上解决风电叶片回收的实际问题。

此文由中国复合材料工业协会编译，文章不用于商业目的，仅供行业人士交流，引用请注明出处。