来源 :环球聚氨酯网2024-03-27
2024年3月21日，上纬新材发布公告称，与策略合作伙伴西门子歌美飒签署了一份意向书，自2026年起，上纬供应给西门子歌美飒的树脂将全部为可回收体系。近些年来，关于风电叶片的回收应用话题一直广受关注，但实际商业应用却少有耳闻。因此，上纬新材此次宣布与全球风电整机巨头西门子歌美飒的合作，不仅是上纬新材实现推动绿色循环经济的重大里程碑，也是热固型环氧树脂于风机应用的一大迈进，对风电行业具有重要意义。
一、“必要之恶”
自本世纪以来，随着复合材料风电叶片的广泛应用，叶片的回收处理难题就不绝于耳。退役叶片可以说是目前世界上最难处理的大宗不可回收垃圾，如果没有找到有效的解决方案，到
2050 年，预计全球将累积 4300
万吨退役叶片。热固性环氧树脂难以回收的问题，让风电复合材料也背上了“必要之恶”的恶名，风能是“垃圾能源“的说法不绝于耳。
叶片回收堆放场地
二、回收难点
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。
不过等到叶片退役后，它最大的优点也变成了最大的缺点。环氧树脂被称为热固性树脂，一旦变硬，就不容易转化为液体形状。当叶片达到使用寿命时，硬化的树脂使得碳纤维的提取和再利用变得困难，而碳纤维的生产既有价值又排放密集。虽然少量的叶片被重新用于桥梁和公园长椅等物品，但大多数叶片被切碎并最终进入垃圾填埋场或工业熔炉。
此外，更重要的或许是风能开发商是否会在商业规模上转向可回收叶片的使用。因此，在有少数站点投入使用并明确证明其长期耐用性之前，部分风能开发商可能不愿意采用新颖的设备。
退役的叶片制成的长椅
三、”EzCiclo“新型树脂
上纬新材此次推出的解决方案是一种名为EzCiclo的新型树脂。据上纬新材公告透露，该种树脂具有与目前使用的树脂相同的物理特性，但它可以溶解在加热的一种特殊液体中，该公司称之为CleaVER，允许纤维重复使用。
当叶片废料被送入盛装有该液体的金属锅中时，复合材料会被溶剂渗透，环氧树脂会从膨胀的碳纤维中脱落。随后该混合物被送到纺纱机中，将纤维从液体中分离出来，纯化后可用作生产聚酯的原料。然后将纤维干燥，留下装满黑色碳纤维团块的袋子。这些碳纤维太短，强度降低，无法在新的风力涡轮机叶片中重复使用，但可以重新用于制造各种产品，从汽车保险杠到露营桌。航空航天废料是可重复使用的碳纤维最主要的来源。
据上纬新材蔡朝阳董事长介绍说，EzCiclo的成本比传统树脂高出约10%至15%，但这只会增加项目总成本的一小部分。上纬新材寄希望于开发商做出这种权衡，以实现他们的可持续发展目标。
上纬新材可回收树脂体系
四、回收原理猜测
2023年4月26日，世界顶级科学期刊 Nature 刊登了一篇论文《催化并断开环氧树脂和复合材料中C-O键》。
丹麦奥胡斯大学与丹麦技术研究所的研究人员在实验室中使用钌基催化剂、溶剂异丙醇和甲苯，将环氧树脂中中最常见键的C(烷基)-O键打断，成功将复合材料样品的纤维和树脂进行分离，实现了复合材料在材料级的回收再利用，彻底解决了复合材料回收的历史难题。
由于风电叶片普遍采用热固性环氧树脂+玻璃或碳纤维的复合材料方案，环氧基的化学键大致包括四类。
四种类型的化学键
钌Ru催化可以将环氧树脂中的最常见的C (烷基)-O键打断，从而从复合材料中回收得到双酚A和完整的纤维。
C-O键断裂过程
然而，由于催化系统的效率无法满足工业化大批量处理的要求，并且钌是一种稀有且昂贵的金属，这种方法目前仍停留在实验室研究阶段。
但是，毫无疑问，这篇Nature论文提出的化学反应为解决风电叶片回收难题提供了新的思路，彻底改变了复合材料无法循环利用的历史。
五、总结
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。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。