观察丨退役风机叶片主材料如何“变废为宝”

来源：中国能源新闻网 时间：2023-10-25 09:06

——破解“终极材料”固废处理的有效之道

见习记者 李东海

　　随着风电产业规模化发展，产业加快升级和设备更新换代，以风机叶片为代表的新能源设备面临批量退役问题，目前退役风机叶片正遭遇回收工艺复杂、回收价值不高的困境。

　　当前，国内主流的风机叶片外壳主要材料为玻璃纤维增强树脂复合材料，而叶片碳梁则使用强度更高的碳纤维增强树脂复合材料。由于此类材料有轻质高强、性能可设计、不溶不熔等优质特性，被业界冠以了“终极材料”的名号。近日，中国科学院山西煤炭化学研究所研究员侯相林、邓天昇团队历经数年潜心研究，掌握了“拆解”风机叶片主要材质——碳纤维增强热固性树脂复合材料的技术（热固性树脂定向降解与资源化利用技术），使“终极材料”变废为宝，实现了风机叶片固废循环再利用，补齐了风电产业链绿色低碳循环发展的最后一环。

新思路解决热固性树脂回收难

　　据《2022中国风电光伏设备循环利用产业发展报告》，到“十四五”末，中国将迎来第一批大规模退役风电机组，届时运行时长超过20年的老旧风电场规模将超过120万千瓦。到2030年，我国将有超过3万台风电机组面临换新，到2035年这一数字将超过9万台。2023年6月，国家能源局印发了《风电场改造升级和退役管理办法》，鼓励并网运行超过15年或单台机组容量小于1.5兆瓦的风电场进行改造，置换需求超过1800万千瓦，市场规模预期达630亿元。如此庞大的数量，产生的固废中蕴含的纤维增强复合材料规模惊人。合理处置这些复合材料迫在眉睫。

　　“随着风机‘退役潮’的临近，大规模回收风电叶片里的复合材料的进程应该加快。”侯相林表示。

　　据团队成员张宁介绍，该技术可以在较温和条件下实现树脂的定向降解，产物可控，产品附加值较高，是目前针对热固性树脂基复合材料最有前景的回收方法。

　　“不同于传统以小分子降解产物为目标的‘以破为主’回收思路，我们研究团队提出选择性断键降解回收热固性树脂的新思路，利用配位不饱和或弱配位的金属离子选择性地断裂树脂化学键，实现了热固性树脂基复合材料的高效降解和全成分回收。此外，我们也在不断进行技术升级，使热固性树脂的降解回收技术更加经济、绿色、高效。”张宁对记者说。

“废料”变“原料”回收价值高

　　张宁向记者介绍，该项技术最大的技术创新在于将复合材料中环氧树脂中化学键选择性打开，最大限度地保留树脂中的有序结构，得到回收纤维和环氧沥青等高附加值产物。

　　“从实验室研究数据指标看，环氧树脂降解率大于99%，回收率大于95%，碳纤维回收率大于96%，纤维强度损失小于5%，回收的碳纤维单丝强度指标、模量与原丝相差无几，与传统机械粉碎和热解方法相比，具有明显的技术优势。”张宁对记者说。

　　据悉，侯相林研究团队采用定向解聚法（化学解聚法）处理复合材料，通过特定的溶剂及催化剂体系，在较温和的条件下将高分子在特定的键位“拆解”开，形成长链热塑高分子或者树脂合成单体。这一办法也是学术界被普遍承认的实现循环经济的好方法。

　　对于技术的研发推广，侯相林信心十足：“目前，国务院、国家发展改革委、生态环境部等部门都在积极推动风电设备回收再利用等相关产业和技术的发展。我们这项技术也受到了风电制造企业以及中国物资再生协会、中国复合材料工业协会等机构和部门的关注。回收的树脂产物可制成环氧沥青，再进一步处理可以得到双酚A等高价值化学品，预期经济效益十分可观。”

　　侯相林表示：“在风机叶片的化学解聚方面，我们已经完成了实验室小试和50升规模的中试放大，目前正在与企业合作，拟进行千吨级工业示范线建设。我们有信心将实验室结果与实际生产最终实现对接，提取出更多有价值的化学品，创造出更大的经济效益和社会价值。”

　　中国物资再生协会风光设备循环利用专委会主任程刚齐表示，风电产业的可持续发展依赖完善配套设施和全生命周期竞争力，其中回收是关键一环。如果可以有效回收利用退役风电设备里的材料，将大大提升我国原材料自给率，降低对上游资源的依赖，有利于缓解原材料供需紧张矛盾，同时有效降低生产环节产生的碳排放量。

　　“今年国内第一款可回收热固性树脂叶片已成功下线，到了使用年限不仅可以回收降解，而且复合材料回收率达到了97%。将退役风机的这些核心大部件，通过技改维护再还原到本行业，实现风机叶片退役后的高效回收利用，将是风电产业能够保持兴盛的必由之路。”程刚齐对记者说。

责任编辑：沈馨蕊

　　校对：许艳