觀察丨退役風機葉片主材料如何“變廢為寶”
來源：中國能源新聞網 時間：2023-10-25 09:06
——破解“終極材料”固廢處理的有效之道
見習記者 李東海
隨著風電產業規模化發展，產業加快升級和設備更新換代，以風機葉片為代表的新能源設備面臨批量退役問題，目前退役風機葉片正遭遇回收工藝復雜、回收價值不高的困境。
當前，國內主流的風機葉片外殼主要材料為玻璃纖維增強樹脂復合材料，而葉片碳梁則使用強度更高的碳纖維增強樹脂復合材料。由于此類材料有輕質高強、性能可設計、不溶不熔等優質特性，被業界冠以了“終極材料”的名號。近日，中國科學院山西煤炭化學研究所研究員侯相林、鄧天昇團隊歷經數年潛心研究，掌握了“拆解”風機葉片主要材質——碳纖維增強熱固性樹脂復合材料的技術（熱固性樹脂定向降解與資源化利用技術），使“終極材料”變廢為寶，實現了風機葉片固廢循環再利用，補齊了風電產業鏈綠色低碳循環發展的最后一環。
新思路解決熱固性樹脂回收難
據《2022中國風電光伏設備循環利用產業發展報告》，到“十四五”末，中國將迎來第一批大規模退役風電機組，屆時運行時長超過20年的老舊風電場規模將超過120萬千瓦。到2030年，我國將有超過3萬臺風電機組面臨換新，到2035年這一數字將超過9萬臺。2023年6月，國家能源局印發了《風電場改造升級和退役管理辦法》，鼓勵并網運行超過15年或單臺機組容量小于1.5兆瓦的風電場進行改造，置換需求超過1800萬千瓦，市場規模預期達630億元。如此龐大的數量，產生的固廢中蘊含的纖維增強復合材料規模驚人。合理處置這些復合材料迫在眉睫。
“隨著風機‘退役潮’的臨近，大規模回收風電葉片里的復合材料的進程應該加快。”侯相林表示。
據團隊成員張寧介紹，該技術可以在較溫和條件下實現樹脂的定向降解，產物可控，產品附加值較高，是目前針對熱固性樹脂基復合材料最有前景的回收方法。
“不同于傳統以小分子降解產物為目標的‘以破為主’回收思路，我們研究團隊提出選擇性斷鍵降解回收熱固性樹脂的新思路，利用配位不飽和或弱配位的金屬離子選擇性地斷裂樹脂化學鍵，實現了熱固性樹脂基復合材料的高效降解和全成分回收。此外，我們也在不斷進行技術升級，使熱固性樹脂的降解回收技術更加經濟、綠色、高效。”張寧對記者說。
“廢料”變“原料”回收價值高
張寧向記者介紹，該項技術最大的技術創新在于將復合材料中環氧樹脂中化學鍵選擇性打開，最大限度地保留樹脂中的有序結構，得到回收纖維和環氧瀝青等高附加值產物。
“從實驗室研究數據指標看，環氧樹脂降解率大于99%，回收率大于95%，碳纖維回收率大于96%，纖維強度損失小于5%，回收的碳纖維單絲強度指標、模量與原絲相差無幾，與傳統機械粉碎和熱解方法相比，具有明顯的技術優勢。”張寧對記者說。
據悉，侯相林研究團隊采用定向解聚法（化學解聚法）處理復合材料，通過特定的溶劑及催化劑體系，在較溫和的條件下將高分子在特定的鍵位“拆解”開，形成長鏈熱塑高分子或者樹脂合成單體。這一辦法也是學術界被普遍承認的實現循環經濟的好方法。
對于技術的研發推廣，侯相林信心十足：“目前，國務院、國家發展改革委、生態環境部等部門都在積極推動風電設備回收再利用等相關產業和技術的發展。我們這項技術也受到了風電制造企業以及中國物資再生協會、中國復合材料工業協會等機構和部門的關注。回收的樹脂產物可制成環氧瀝青，再進一步處理可以得到雙酚A等高價值化學品，預期經濟效益十分可觀。”
侯相林表示：“在風機葉片的化學解聚方面，我們已經完成了實驗室小試和50升規模的中試放大，目前正在與企業合作，擬進行千噸級工業示范線建設。我們有信心將實驗室結果與實際生產最終實現對接，提取出更多有價值的化學品，創造出更大的經濟效益和社會價值。”
中國物資再生協會風光設備循環利用專委會主任程剛齊表示，風電產業的可持續發展依賴完善配套設施和全生命周期競爭力，其中回收是關鍵一環。如果可以有效回收利用退役風電設備里的材料，將大大提升我國原材料自給率，降低對上游資源的依賴，有利于緩解原材料供需緊張矛盾，同時有效降低生產環節產生的碳排放量。
“今年國內第一款可回收熱固性樹脂葉片已成功下線，到了使用年限不僅可以回收降解，而且復合材料回收率達到了97%。將退役風機的這些核心大部件，通過技改維護再還原到本行業，實現風機葉片退役后的高效回收利用，將是風電產業能夠保持興盛的必由之路。”程剛齊對記者說。
責任編輯：沈馨蕊
校對：許艷
