“终极材料”不再终极：退役风机叶片咋整？国内外科学家有大招

风力发电机也被称为“白色巨人”，它们高高耸立在荒野、山巅和海岸线，源源不断地将风能转化为电能。最令人瞩目的就是其巨大的叶片——这些长达上百米、重达数十吨的庞然大物，不仅造价高昂，且难以回收利用。从风电机组服役年限来看，到2025年，我国将迎来一大波风机叶片报废潮；到2030年，我国将有超过3万台风电机组面临换新；而到2035年这一数字将超过9万台。

过期的预浸料、制造过程中产生的下脚料、测试材料以及达到使用寿命的材料，全都面临着回收难题。如何实现风机叶片全生命周期的绿色化、无害化，一直困扰着整个风电行业。

中国科学院山西煤炭化学研究所（以下简称山西煤化所）研究员侯相林团队经过十多年研究，终于掌握了“拆解”风机叶片主要材质——热固性碳纤维树脂复合材料的办法，让这种最“顽固”的固体废料回归本源，补齐了风机叶片绿色回收最关键一环。

“终极材料”坚不可摧

叶片是风力发电机的核心部件之一，占风机成本的20%~30%，所用的复合材料既有较轻的重量，也有较高的强度，还具有抗腐蚀、耐疲劳等优异性能。

风机厂商在叶片外壳上通常采用玻璃纤维增强树脂，叶尖、叶片主梁则采用强度更高的碳纤维。这些复合材料结构极其坚固，而且空气动力性好，可以使叶片更轻、更长，让风机吸收更多的风能。

热固性树脂在叶片中占比超三成，相当于混凝土建筑中的填充物，碳纤维、玻璃纤维等材料则相当于混凝土中的钢筋，占比约七成。两者结合，坚不可摧。

其中，热固性树脂有个外号——“终极材料”。它是一种高分子聚合物材料，在聚合过程后，这种交联结构不能重复加工成型，所以回收利用几乎是不可能完成的任务。

侯相林举例说，普通的热塑性塑料，如农田里的地膜，自然降解需要200~400年，其分子链为线型结构，而热固性树脂的分子链为体型网状结构，是一个刚性的三维网络结构。

前者像竹竿，是线性的；后者像不锈钢梯子，是立体的。以热固性树脂为基础制成的复合材料单位的密度只有钢铁的1/4，同等重量的材料的力学性能却是金属的好几倍。“终极材料”的“实力”可见一斑。

回收技术需求高涨

风机叶片的寿命约为20~25年，我国本世纪初新建的一批风电机组即将面临退役，加之受风电抢装潮影响和原材料的限制，今年叶片市场甚至供不应求，回收这种高价值材料的技术需求越来越大。

对于这种材料，由于不可降解，填埋会向环境缓慢释放少量芳烃物质，焚烧更不可取，会产生有毒气体，唯有走绿色回收利用这一途径。

有的企业尝试用热塑性树脂代替热固性树脂制造复合材料，有的企业只能回收复合材料里的一部分玻璃纤维。但风电作为一个新兴行业，风机叶片实际处理经验很少，真正要做到产业化，至少还需20年。

记者采访了解到，国内诸多风电机组制造企业为了处理好生产加工叶片产生的废料，会拿出3000元/吨左右的处理费给专业公司，而后者只是将固废切割破碎，将树脂和木质粉料按一定比例混合后经热挤压成型，制成板材，用于公园的板凳、围栏。

热固性树脂并没有因此消失，所谓的“专业处理”也仅仅是半处理，而且给今后的回收造成了更大困难。

2020年9月1日，《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》颁布实施，要求产生工业固体废物的单位应当根据经济、技术条件对工业固体废物加以利用。愈发收紧的固废处理政策，给专业从事固废研究的侯相林团队提供了一个契机。

“这几年，国内在本世纪初装机的一大批风电机组面临集中退役，回收风电叶片里的复合材料应该提上日程了。”侯相林说，“国外研究团队也在紧锣密鼓开展相关研究，特别是风电技术很强的大公司，明知道叶片有很高的价值，但对回收却一筹莫展。”

实际上，侯相林开展叶片材料回收研究远远早于叶片大规模退役的时间。他所负责的山西煤化所311课题组多年来瞄准热固性树脂开发利用方向，产出一系列研究成果及专利，蕴含了多项国际领先技术，形成了一套极具竞争优势的化学降解综合开发工艺，生产出大量高价值化学品。

这无疑使教科书里的“终极材料”从此不再“终极”。

那么，国外对风机叶片是怎么处理的呢？有什么黑科技？

英国高校有新招，风机叶片回收再利用

日前，挪威Aker Offshore Wind及其最大股东Aker Horizons与英国思克莱德大学(University Of Strathclyde)开展了一项关于风机叶片等玻璃钢废物的回收和再利用的研究，旨在推动此类产品回收工艺的开发。可再生能源投资公司Aker Horizons是挪威海工油服巨头Aker集团的投资平台，Aker Offshore Wind则是Aker集团专门负责海上风能开发业务的子公司。

玻璃钢被用于许多行业，包括汽车制造、船舶、石油和天然气、建筑和体育用品。到本世纪30年代中期，玻璃钢废料的数量将大幅增加，其中退役的风机叶片可能成为最主要的来源。据估计，在全球范围内，风机叶片产生的废物量将从2030年的每年40万吨左右增加到2050年的200万吨左右。

Aker Offshore Wind首席执行官Astrid Skarheim Onsum说：“全行业都面临工业垃圾的挑战，通过与思克莱德大学的合作，我们将有机会为这个问题提供一种新的解决方案，并将其规模化应用。”

由思克莱德大学机械和航空航天工程部开发的玻璃钢回收技术可以将回收的玻璃钢转化为可重复使用的玻璃纤维增强材料，如果在全球范围内实施，这种技术可以满足全球50%的玻璃纤维需求。

Aker Offshore Wind和Aker Horizons将负责提供资金，助力商业化进程。同时，利用Aker集团在化学加工和碳捕获方面的专业知识，确保整个流程是安全和环保的。

维斯塔斯叶片回收技术取得突破

这种全新技术包含了两个突破点，足以对付叶片常用的热固性复合材料——

一种新型环氧树脂材料，可以“破坏”叶片中超强的纤维黏连

一套化学回收工艺

维斯塔斯的这项技术是由环氧树脂专家Olin、丹麦技术学院（DTI）和奥尔胡斯大学（Aarhus University）等合作伙伴共同开发，最大的特点是不需要对叶片生产工艺进行大改造，这样既节省了工艺改造费用，也无需承担叶片材质变化可能导致质量问题的风险。

维斯塔斯估计，这项技术真正应用于成品风机，还需要6~7年的时间，这也是维斯塔斯在2040年之前生产“零废料”风机的目标中最重要的一环。

日前，维斯塔斯可持续发展和先进材料技术负责人Allan Korsgaard Poulsen在接受采访时表示，维斯塔斯希望他们的对手们——西门子歌美飒、GE等，能使用他们革命性的叶片回收技术。

上周，维斯塔斯向外界公布了他们全新的叶片回收技术，使用这种技术，可以在风机退役拆除后轻松回收叶片，并可用于较低级别产品的二次生产。