近年來，我國海上風電發(fā)展成績斐然，國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)顯示，截至2021年6月底，我國海上風電累計裝機容量達1113.4萬千瓦。有機構(gòu)和媒體預(yù)測，2021年中國海上風電累計裝機容量大概率可超過英國，位居全球第一。然而2022年，我國海上風電的中央財政補貼將全部取消，給“十四五”時期的產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來一定不確定性。

 

在德國的一個山坡上，帕德伯恩風電場（Paderborn wind farm）的葉片正安靜地旋轉(zhuǎn)著，狂風和烈日在它們身上留下了歲月的痕跡。這些葉片已經(jīng)堅守了24年，再過一年，它們的壽命周期行將結(jié)束。不對，再有一年，它們或許就會迎來全新的開始。

 

但究竟是怎樣的開始，業(yè)界還在探索。

 

于20世紀90年代安裝的第一批風電機組即將退役。據(jù)歐洲風能協(xié)會（WindEurope）測算，到2025年，歐洲每年約有2.5萬噸葉片等待回收，這相當于2000輛雙層巴士的重量。到2023年，全球范圍內(nèi)需要回收的風電機組葉片預(yù)計會達到4萬——6萬噸。除看重市場利潤，以可持續(xù)、可循環(huán)的方式實現(xiàn)一個綠色的世界也是眾多企業(yè)加大投入開發(fā)退役風電機組葉片回收技術(shù)的動力。

 

 

葉片的構(gòu)造極為復(fù)雜，主要由玻璃纖維、碳纖維等增強纖維構(gòu)成（占葉片的60%——70%），這些纖維被環(huán)氧樹脂和聚氨酯（PUR）等合成樹脂粘合。由于葉片的材料是不連續(xù)的粘合纖維，現(xiàn)有技術(shù)難以用一個連續(xù)、循環(huán)的模式對其進行回收。

 

行業(yè)在呼吁各國主管部門為葉片回收制定專門的廢棄物法規(guī)，以區(qū)別于一次性塑料、微塑料等廢棄物，確保其擁有單獨的分類，并能逐步形成單一清潔復(fù)合材料的廢物處理產(chǎn)業(yè)鏈，從而提高處理效率。

 

不可否認的是，在現(xiàn)階段，大部分退役葉片的歸宿是垃圾填埋場。這是最簡單粗暴的處理方式，沒有任何材料能被回收，還會造成大量污染。這不符合葉片被制造的初衷?創(chuàng)造綠色、可持續(xù)發(fā)展的未來，沒有人愿意選擇這種方式去結(jié)束葉片的一生。德國、奧地利、荷蘭、芬蘭等國家，更是禁止填埋或焚化復(fù)合材料。

 

藝術(shù)家和設(shè)計師可以結(jié)合創(chuàng)意性加工讓葉片進入游樂場，成為滑梯和軌道，或者進入公園為人們提供休憩的場所。不過，這種幸福的“養(yǎng)老模式”僅存在于少數(shù)示范項目，不可能成為未來大規(guī)模葉片退役問題的解決方案。

 

很多企業(yè)則嘗試通過水泥窯工藝、機械研磨、流化床熱解、溶劑分解或高壓脈沖破碎等技術(shù)或技術(shù)組合將葉片回收處理為其他材料。隨后，新材料可以用于制造汽車零部件、滑雪板，甚至是浴缸。

 

然而，只有成本降到足夠低，某種回收模式才可以在業(yè)內(nèi)得到推廣。否則，一切只能是空談。

 

總部位于美國田納西州的企業(yè)Carbon Rivers 回收包括風電機組葉片在內(nèi)的所有廢舊復(fù)合材料，利用熱解法以不連續(xù)的形式提取其中的玻璃纖維。該公司的初始項目，獲得了美國能源部提供的125萬美元（約合人民幣809.6萬元）的小企業(yè)創(chuàng)新研究（Small Business Innovation Research）資助。這家企業(yè)的目標是，在未來幾年內(nèi)建成可日處理200噸回收材料的設(shè)施，并且實現(xiàn)商業(yè)化。

 

對于退役葉片，除了提取可利用的材料這種方式，還能夠通過添加新材料使其擁有新屬性，改造后的葉片更容易被回收。

 

英國劍橋納米材料技術(shù)有限公司（Cambridge Nanomaterials Technology Ltd.）參與了歐盟資助的“地平線 2020”（ Horizon2020）項目。該項目旨在研發(fā)用于葉片的新材料，并回收工業(yè)廢料。這家企業(yè)負責其中的一個分支項目?Repair3D，將納米顆粒添加到葉片或飛機的復(fù)合材料中，以此制造更加強韌的3D打印產(chǎn)品，如滑雪靴和汽車零部件。該公司董事Bojan O. Boskovic 表示，“納米顆粒的優(yōu)勢包括重量輕、具備導(dǎo)電性，還可以形成表面保護等”，因此，將它們添加到材料中，提升了退役葉片再利用的價值。

 

另一個由歐盟資助980萬歐元（約合人民幣7484.6萬元）的研究項目是FiberEUse，自2017年以來一直在為航空航天和風電等行業(yè)大量應(yīng)用的復(fù)合材料開發(fā)可循環(huán)回收利用產(chǎn)業(yè)鏈。項目合作伙伴包括西門子歌美颯、Head和AERnnova等企業(yè)。

 

該項目旨在通過機械回收技術(shù)，將葉片粉碎和分離得到顆粒，用于嵌入滑雪板、家具和淋浴盤。它還研究熱回收，將長纖維嵌入汽車和建筑行業(yè)的產(chǎn)品中。項目協(xié)調(diào)員Marcello Colledani表示：“項目合作伙伴開發(fā)出的二氧化碳輔助熱解技術(shù)，比傳統(tǒng)熱解技術(shù)更具經(jīng)濟競爭力，因為它可以收集纖維和樹脂的副產(chǎn)物，經(jīng)過進一步加工能獲得可二次利用的樹脂。”他強調(diào)，熱解技術(shù)的成本比機械回收高很多，因此，若是僅僅用于回收價值較低的玻璃纖維材料，并不具備經(jīng)濟價值。

 

Colledani 分析了各種處理方式的成本。機械回收處理材料的成本通常為0.12歐元/千克，傳統(tǒng)熱解的成本為7——9歐元/千克，采用二氧化碳輔助熱解技術(shù)處理的成本約為1歐元/千克。FiberEUse項目的目標是利用新技術(shù)處理至少20%的玻璃纖維和碳纖維，分離出來的材料用于制造汽車的結(jié)構(gòu)部件，但在提高技術(shù)成熟度和降低成本方面還有很長的路要走。

 

按照彭博新能源財經(jīng)（BNEF）的說法，目前唯一具有經(jīng)濟可行性的方法是將葉片內(nèi)的玻璃纖維回收用于制造水泥，這可以將水泥行業(yè)的碳足跡減少16%以上。

 

 

Veolia公司回收葉片造水泥

 

 

也有企業(yè)和機構(gòu)將目光鎖定在葉片的研發(fā)環(huán)節(jié)，希望通過應(yīng)用新材料降低葉片回收的難度。

 

英國海上可再生能源技術(shù)創(chuàng)新和研究中心（ORE Catapult）正在研究用于新型葉片的熱塑性塑料和生物材料。來自生物的纖維，如甘蔗、甜菜、木材或竹子，都可能成為制造葉片的材料。據(jù)悉，在中國河北省的張北地區(qū)和山東省的河口地區(qū)，有風電場使用由竹子纖維制成的陸上風電機組葉片，已經(jīng)運行多年。

 

 

維斯塔斯依托熱固性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料循環(huán)經(jīng)濟項目（Circular Economy for Thermosets Epoxy Composites），開發(fā)了一種新型環(huán)氧樹脂， 由可回收的原材料制成， 能夠在回收后再次用于風電葉片的制造。“我們的目標是在未來三年內(nèi)開發(fā)出一種可以規(guī)模化使用的樹脂合成材料。”該公司的項目負責人Allan Korsgaard Poulsen 表示，“這項技術(shù)在相對溫和的條件下使用溶劑分解技術(shù)（solvolysis）分解葉片，這意味著纖維能最大限度地保留原始的強度。”

 

位于蘇格蘭國家制造研究所的輕量級制造中心（Lightweight Manufacturing Centre）也在開展一個研究項目，專注于使用木漿和可回收塑料等可持續(xù)資源生產(chǎn)新的葉片材料。

 

加利福尼亞州大學伯克利分校（University of Berkeley）與中國的華南理工大學正在研究壽命周期結(jié)束后可降解的新型樹脂材料，已經(jīng)對具有觸發(fā)降解性的熱固性樹脂展開了初步研究。Arkema和Aditya等生產(chǎn)商在可化學回收生產(chǎn)不同形式塑料的樹脂開發(fā)方面更是領(lǐng)先一步，首個使用Elium（Arkema開發(fā)的熱塑性樹脂）的葉片預(yù)計將于2021年10月投入生產(chǎn)。

 

總部位于愛丁堡的ACTBlade 公司開發(fā)出一種超輕型風電機組葉片，與傳統(tǒng)葉片相比，新型葉片的長度增加了10%。該公司的項目負責人表示，這項設(shè)計使用了較少的傳統(tǒng)復(fù)合材料，由于結(jié)構(gòu)更小、更薄，產(chǎn)生的廢料更少，生產(chǎn)成本比傳統(tǒng)方式低30%左右。目前，英國海上可再生能源技術(shù)創(chuàng)新和研究中心正在對新型葉片開展測試，預(yù)計可在2022年年底實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)。