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觀察丨退役風(fēng)機(jī)葉片主材料如何“變廢為寶”

來(lái)源：中國(guó)能源新聞網(wǎng) 時(shí)間：2023-10-25 09:06

——破解“終極材料”固廢處理的有效之道

見(jiàn)習(xí)記者 李東海

　　隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展，產(chǎn)業(yè)加快升級(jí)和設(shè)備更新?lián)Q代，以風(fēng)機(jī)葉片為代表的新能源設(shè)備面臨批量退役問(wèn)題，目前退役風(fēng)機(jī)葉片正遭遇回收工藝復(fù)雜、回收價(jià)值不高的困境。

　　當(dāng)前，國(guó)內(nèi)主流的風(fēng)機(jī)葉片外殼主要材料為玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料，而葉片碳梁則使用強(qiáng)度更高的碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料。由于此類(lèi)材料有輕質(zhì)高強(qiáng)、性能可設(shè)計(jì)、不溶不熔等優(yōu)質(zhì)特性，被業(yè)界冠以了“終極材料”的名號(hào)。近日，中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所研究員侯相林、鄧天昇團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)數(shù)年潛心研究，掌握了“拆解”風(fēng)機(jī)葉片主要材質(zhì)——碳纖維增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂復(fù)合材料的技術(shù)（熱固性樹(shù)脂定向降解與資源化利用技術(shù)），使“終極材料”變廢為寶，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)葉片固廢循環(huán)再利用，補(bǔ)齊了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈綠色低碳循環(huán)發(fā)展的最后一環(huán)。

新思路解決熱固性樹(shù)脂回收難

　　據(jù)《2022中國(guó)風(fēng)電光伏設(shè)備循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》，到“十四五”末，中國(guó)將迎來(lái)第一批大規(guī)模退役風(fēng)電機(jī)組，屆時(shí)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)超過(guò)20年的老舊風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)120萬(wàn)千瓦。到2030年，我國(guó)將有超過(guò)3萬(wàn)臺(tái)風(fēng)電機(jī)組面臨換新，到2035年這一數(shù)字將超過(guò)9萬(wàn)臺(tái)。2023年6月，國(guó)家能源局印發(fā)了《風(fēng)電場(chǎng)改造升級(jí)和退役管理辦法》，鼓勵(lì)并網(wǎng)運(yùn)行超過(guò)15年或單臺(tái)機(jī)組容量小于1.5兆瓦的風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行改造，置換需求超過(guò)1800萬(wàn)千瓦，市場(chǎng)規(guī)模預(yù)期達(dá)630億元。如此龐大的數(shù)量，產(chǎn)生的固廢中蘊(yùn)含的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料規(guī)模驚人。合理處置這些復(fù)合材料迫在眉睫。

　　“隨著風(fēng)機(jī)‘退役潮’的臨近，大規(guī)?；厥诊L(fēng)電葉片里的復(fù)合材料的進(jìn)程應(yīng)該加快。”侯相林表示。

　　據(jù)團(tuán)隊(duì)成員張寧介紹，該技術(shù)可以在較溫和條件下實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂的定向降解，產(chǎn)物可控，產(chǎn)品附加值較高，是目前針對(duì)熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料最有前景的回收方法。

　　“不同于傳統(tǒng)以小分子降解產(chǎn)物為目標(biāo)的‘以破為主’回收思路，我們研究團(tuán)隊(duì)提出選擇性斷鍵降解回收熱固性樹(shù)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?cái)嗔褬?shù)脂化學(xué)鍵，實(shí)現(xiàn)了熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料的高效降解和全成分回收。此外，我們也在不斷進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，使熱固性樹(shù)脂的降解回收技術(shù)更加經(jīng)濟(jì)、綠色、高效?！睆垖帉?duì)記者說(shuō)。

“廢料”變“原料”回收價(jià)值高

　　張寧向記者介紹，該項(xiàng)技術(shù)最大的技術(shù)創(chuàng)新在于將復(fù)合材料中環(huán)氧樹(shù)脂中化學(xué)鍵選擇性打開(kāi)，最大限度地保留樹(shù)脂中的有序結(jié)構(gòu)，得到回收纖維和環(huán)氧瀝青等高附加值產(chǎn)物。

　　“從實(shí)驗(yàn)室研究數(shù)據(jù)指標(biāo)看，環(huán)氧樹(shù)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(qiáng)度損失小于5%，回收的碳纖維單絲強(qiáng)度指標(biāo)、模量與原絲相差無(wú)幾，與傳統(tǒng)機(jī)械粉碎和熱解方法相比，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)?！睆垖帉?duì)記者說(shuō)。

　　據(jù)悉，侯相林研究團(tuán)隊(duì)采用定向解聚法（化學(xué)解聚法）處理復(fù)合材料，通過(guò)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(kāi)，形成長(zhǎng)鏈熱塑高分子或者樹(shù)脂合成單體。這一辦法也是學(xué)術(shù)界被普遍承認(rèn)的實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的好方法。

　　對(duì)于技術(shù)的研發(fā)推廣，侯相林信心十足：“目前，國(guó)務(wù)院、國(guó)家發(fā)展改革委、生態(tài)環(huán)境部等部門(mén)都在積極推動(dòng)風(fēng)電設(shè)備回收再利用等相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展。我們這項(xiàng)技術(shù)也受到了風(fēng)電制造企業(yè)以及中國(guó)物資再生協(xié)會(huì)、中國(guó)復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)等機(jī)構(gòu)和部門(mén)的關(guān)注?；厥盏臉?shù)脂產(chǎn)物可制成環(huán)氧瀝青，再進(jìn)一步處理可以得到雙酚A等高價(jià)值化學(xué)品，預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益十分可觀?！?/p>

　　侯相林表示：“在風(fēng)機(jī)葉片的化學(xué)解聚方面，我們已經(jīng)完成了實(shí)驗(yàn)室小試和50升規(guī)模的中試放大，目前正在與企業(yè)合作，擬進(jìn)行千噸級(jí)工業(yè)示范線(xiàn)建設(shè)。我們有信心將實(shí)驗(yàn)室結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)最終實(shí)現(xiàn)對(duì)接，提取出更多有價(jià)值的化學(xué)品，創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值。”

　　中國(guó)物資再生協(xié)會(huì)風(fēng)光設(shè)備循環(huán)利用專(zhuān)委會(huì)主任程剛齊表示，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展依賴(lài)完善配套設(shè)施和全生命周期競(jìng)爭(zhēng)力，其中回收是關(guān)鍵一環(huán)。如果可以有效回收利用退役風(fēng)電設(shè)備里的材料，將大大提升我國(guó)原材料自給率，降低對(duì)上游資源的依賴(lài)，有利于緩解原材料供需緊張矛盾，同時(shí)有效降低生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碳排放量。

　　“今年國(guó)內(nèi)第一款可回收熱固性樹(shù)脂葉片已成功下線(xiàn)，到了使用年限不僅可以回收降解，而且復(fù)合材料回收率達(dá)到了97%。將退役風(fēng)機(jī)的這些核心大部件，通過(guò)技改維護(hù)再還原到本行業(yè)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)葉片退役后的高效回收利用，將是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)能夠保持興盛的必由之路?！背虅傹R對(duì)記者說(shuō)。

責(zé)任編輯：沈馨蕊

　　校對(duì)：許艷