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。
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。
从2019年开始,侯相林团队成员、山西煤化所研究员邓天昇和在读博士生武少弟从十余种催化剂中挑选出性能最优的,全新的催化体系在10千克级别的高压反应釜中连续运行超过300小时,得到了试验关键数据。今年,“碳纤维增强环氧树脂回收利用”项目获北京地区高校大学生优秀创业团队三等奖。这项技术就是降解碳纤维增强环氧树脂复合材料,致力于从风机叶片中回收高价值的碳纤维。
据介绍,回收的树脂产物可制成环氧沥青,进一步处理可以得到双酚A等,每吨市场售价数千元至上万元。高价值化学品使得回收技术“含金量十足”,预期经济效益十分可观。邓天昇评价道,这套技术有两大优点,较温和的条件下实现树脂降解,耗能少;特定位点选择性断键,产物可控,价值更高。其他回收方法与这种方法相比,前者是暴力破解,后者是精巧拆除。
“经过十多年的专注科研,我们有信心与企业合作扩大生产规模,早日‘变废为宝’,提取出更多有价值的化学品,创造更大的环保效益和经济效益。”侯相林说。