廢舊回收增值利用的“新”材料研究

ResearchontheNewMaterials from Value-addedUtilizationofWasteProducts —Taking Composite Materials of Waste Wind Turbine Blades as an Example

TAN Xinglin1 ZHANG Wei1 SONG Yufeng2 （1. Shandong Lingchuang Test Instruments Co.，Ltd.; 2.Shandong Institute for Product Quality Inspection）

Abstract：The compliant disposal of waste material is related to the harmonious development of thesocial economy.Asa major countryof wind power intheworld，China has witnessed therapiddevelopmentfordecades，with numerous retired wind power devices，which result inalarge number ofwaste composite materials of wind turbine blades.Simply burning and burying the waste products is no longer suitableforthecurrent developmentof thesocial economy.This papersummarizes the multiplenewmaterialsobtained fromvalue-addedreuseof wastecompositematerialsof windturbine blades athome andabroad，whichbenefitthegreeneconomicandsocialdevelopment.Itbrieflyexpoundsonthefactorsrestricting the developmentofnewmaterials byrecyclingandreuse，providingareference forthehealthydevelopmentofthenew materials by value-added recycling.

Keywords：waste material; recycling and reuse; value-added waste materials; utilization of solid waste

0 引言

策成為推動我國經濟邁向新的綠色發展方向的有力引擎，促進了再生資源產業發展的新機遇。廢舊材料回收再利用將成為新的發力點，可以有效彌補大規模設備更新和消費品以舊換新（兩新）政我國經濟社會快速發展中原生材料供給不足的現實，但回收再利用的廢舊材料已無法完全擁有原生材料的所有特性，可以定義為新材料，即組成物質未變但特性變化的一種新材料。當前回收再利用材料新種類的開發利用存在諸多挑戰，本文以廢舊風電葉片復合材料回收再利用材料為例展開分析探討，期待為材料新種類的開發利用提供一定的參考。

1 回收利用的重要性

截至2024年底，我國風電設備新增裝機容量和累計裝機容量連續10多年穩居全球第一，占全球市場的一半以上，風電葉片的設計使用年限一般為20＼～25年，我國大規模風電發展已超過20年，即將進入大量風電葉片退役期，加之每年設備更新、維修等產生的廢舊材料數量可觀，廢舊風電葉片復合材料因很難自動分解消失，其回收處理成為影響經濟社會發展的熱點。初期廢舊風電葉片復合材料回收后，一般采用焚燒和填埋的方式，但這類處理方式因環境污染、占用土地資源等備受詬病，尤其在雙碳目標實現、自然資源短缺、環境污染嚴重的當下，需要更多綠色可持續技術投入廢舊風電葉片復合材料重新利用[1-2]。風電葉片復合材料主要組成為玻璃纖維或碳纖維增強聚合物復合材料，玻璃纖維是性能優異的無機非金屬材料，具有絕緣性能好、耐熱性強、抗腐蝕性能強、機械強度的特點。碳纖維質量輕，而強度高，耐腐蝕、高模量，具備外柔內剛的特性，是一種新型纖維材料。風電葉片中使用量大面廣的樹脂材料為環氧樹脂，來源于石油等不可再生能源。廢舊風電葉片復合材料回收再利用對避免環境污染、緩解原生資源如石油使用等起到積極作用，尤其是對于我們這樣大體量的國家意義重大[3-4]。

2 回收再利用材料新種類

風電葉片復合材料主要組成材料是無機纖維、熱固性樹脂和輕質木等。無機纖維材料用量通常在 60% 以上，常用的是玻璃纖維，碳纖維質量輕、強度高，并且易于回收，替代部分玻璃纖維用于風電葉片的生產，但因碳纖維價格高，風電葉片生產中使用較少。熱固性樹脂用量約占1/3，當前量大面廣的是環氧樹脂，這類樹脂交聯后呈三維網絡結構，很難回收利用，粉碎法是最經濟直接的回收方法，通常獲得回收料用于建筑、結構材料，回收再利用的增值率很低。廢舊風電葉片粉碎后熱處理，可以獲得相對高值的回收料，用于作為打印模具等。也可以采用高溫熱解、超流體催化裂解等化學回收法，制備高值回收產物，比如酚類物質的提取等。回收增值新材料應用簡述如下。

2.1建筑、結構新材料

采用最簡單易行的切割、粉碎、研磨等方式可以獲得有機無機復合材料，回收過程簡單、所學設備少、耗能少，便于實施，在建筑/結構材料等方面應用多，是當前主流的回收再利用處置方式，但產品的附加值較低。最大的制約在于建筑材料、結構材料中的使用量不高，而且粉碎后材料的尺寸、形狀、表面粗糙度等都對建筑材料、結構材料等抗折抗壓性能直接產生影響，難以獲得符合使用性能要求的產品[5]。為改進這種局面，有研究者采用多種回收技術組合運用而達到篩選分離的目的，退役風電葉片的復合組分分離后可以獲得樹脂、木質材料和玻璃纖維等各組分材料，雖然相比原生纖維性能有所下降，最但其可以有效改善建筑材料、結構材料施工性能，大大簡化工藝，顯著提高材料的抗折抗壓性能，與未添加此類材料的建材相比，在堿性較大等特定環境里能很好保持功能性[6-8]

2.2打印模具

河北工業大學的Zhou及其合作者為解決用于常規3D打印模具的鋼纖維、原生玻璃纖維、碳纖維和聚酯纖維在打印過程中的缺點，將退役風電葉片復合材料中的樹脂除去后獲取再生玻璃纖維，這些纖維作為結構材料的3D打印基材，性能更優，同比抗壓強度提高 13.2%～29.9% ，Y和Z方向抗折強度提高 147.4%～465.4%^[9] 。

2.3提取新的化學物質

國內外多個研究團體嘗試利用催化、微波等輔助熱解方式開展風電葉片復合材料中的酚類等化學品提取。我國也已開展相關工作，楊佳亮等研究者利用催化等輔助熱解方法，分解退役風電葉片復合材料中環氧類樹脂，制取高品質的酚類物質及其他高附加值化學品，該技術對減少對原生資源的依賴、滿足經濟發展中對多層級工業資源需求、降低這類物質對環境影響等起到重要作用[3，10-11]

2.4新型復合材料

這類回收材料高溫熱解有機成份后，獲得的無機材料回收料作為填料，以三乙烯四胺為固化劑、環氧樹脂為基體，在添加陶瓷粉和偶聯劑KH-560后制備了新型地聚物，作為軟土地基加固的新型環境有好材料，這類地聚物具有優異的抗沖擊、抗壓、耐溫和耐腐蝕性能，為廢舊風電葉片復合材料的回收及資源化提供了新思路[12]。

3 當前問題及建議

廢舊材料回收再利用不僅直接關系到保護環境、減少或降低碳排放，再利用產生的材料新種類還可以滿足經濟社會發展多層級需求。廢舊風電葉片復合材料回收增值利用對環境保護、創造經濟價值起到極大促進作用，但當前仍存在很大發展制約因素，使得該行業的發展困難較大，急需促進增鏈延鏈的技術和政策支持。風電設備運行需要一定地理環境，一般安裝在偏遠地方且安裝位置分散，尺寸較大，廢舊材料產量大、危害大，拆解和切割困難，人工和運輸成本價高。同時熱解方式或硫化處理可以獲得樹脂、玻纖等材質，但過程中玻纖強度降低 50%～90% ，消耗能量，使用有害溶劑、釋放有毒氣體，因此當前的回收利用主要以建筑、結構材料為主，增值率較小，應用范圍和領域有限，整體利用率較低。因此，為維持行業持續健康發展，需要政策支持、更多的研究探討及設備技術的改進優化，需要全鏈條的標準化工作指導以及環保、監管等多方面的保障。

4結語

雖然起步較晚，我國在退役風電葉片復合材料回收利用方面已有研究者先行探索，并已在建筑、結構材料方面小規模使用，其他高值回收新材料的開發探討也已同步開展。但自前尚無規范的回收技術規程和增值利用的標準化指導，加之缺乏涵蓋廢舊風電葉片材料在內的大宗固廢回收的法律法規和行業產業體系支撐，僅在前端有研究及開發，整個行業產業鏈的協同發展還未成型，回收增值的新材料的發展面臨較大的困難。隨著經濟的快速增長，對電力尤其是清潔電力的需求快速增加，廢舊風電葉片的產生量越來越多，而我們可利用的原生資源越來越少，減碳降耗的形勢越來越緊迫，因此急需推進廢舊風電葉片回收增值利用研究，助力增值新材料的生產和用途開發。

參考文獻

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