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(jīng)濟(jì)邁向新的綠色發(fā)展方向的有力引擎，促進(jìn)了再生資源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新機(jī)遇。廢舊材料回收再利用將成為新的發(fā)力點(diǎn)，可以有效彌補(bǔ)大規(guī)模設(shè)備更新和消費(fèi)品以舊換新（兩新）政我國經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展中原生材料供給不足的現(xiàn)實(shí)，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(zhì)未變但特性變化的一種新材料。當(dāng)前回收再利用材料新種類的開發(fā)利用存在諸多挑戰(zhàn)，本文以廢舊風(fēng)電葉片復(fù)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(fā)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(fēng)電設(shè)備新增裝機(jī)容量和累計(jì)裝機(jī)容量連續(xù)10多年穩(wěn)居全球第一，占全球市場的一半以上，風(fēng)電葉片的設(shè)計(jì)使用年限一般為20＼～25年，我國大規(guī)模風(fēng)電發(fā)展已超過20年，即將進(jìn)入大量風(fēng)電葉片退役期，加之每年設(shè)備更新、維修等產(chǎn)生的廢舊材料數(shù)量可觀，廢舊風(fēng)電葉片復(fù)合材料因很難自動分解消失，其回收處理成為影響經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的熱點(diǎn)。初期廢舊風(fēng)電葉片復(fù)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(huán)境污染、占用土地資源等備受詬病，尤其在雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)、自然資源短缺、環(huán)境污染嚴(yán)重的當(dāng)下，需要更多綠色可持續(xù)技術(shù)投入廢舊風(fēng)電葉片復(fù)合材料重新利用[1-2]。風(fēng)電葉片復(fù)合材料主要組成為玻璃纖維或碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料，玻璃纖維是性能優(yōu)異的無機(jī)非金屬材料，具有絕緣性能好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性能強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度的特點(diǎn)。碳纖維質(zhì)量輕，而強(qiáng)度高，耐腐蝕、高模量，具備外柔內(nèi)剛的特性，是一種新型纖維材料。風(fēng)電葉片中使用量大面廣的樹脂材料為環(huán)氧樹脂，來源于石油等不可再生能源。廢舊風(fēng)電葉片復(fù)合材料回收再利用對避免環(huán)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(fēng)電葉片復(fù)合材料主要組成材料是無機(jī)纖維、熱固性樹脂和輕質(zhì)木等。無機(jī)纖維材料用量通常在 60% 以上，常用的是玻璃纖維，碳纖維質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，并且易于回收，替代部分玻璃纖維用于風(fēng)電葉片的生產(chǎn)，但因碳纖維價格高，風(fēng)電葉片生產(chǎn)中使用較少。熱固性樹脂用量約占1/3，當(dāng)前量大面廣的是環(huán)氧樹脂，這類樹脂交聯(lián)后呈三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，很難回收利用，粉碎法是最經(jīng)濟(jì)直接的回收方法，通常獲得回收料用于建筑、結(jié)構(gòu)材料，回收再利用的增值率很低。廢舊風(fēng)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?zé)峤?、超流體催化裂解等化學(xué)回收法，制備高值回收產(chǎn)物，比如酚類物質(zhì)的提取等。回收增值新材料應(yīng)用簡述如下。

2.1建筑、結(jié)構(gòu)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(jī)無機(jī)復(fù)合材料，回收過程簡單、所學(xué)設(shè)備少、耗能少，便于實(shí)施，在建筑/結(jié)構(gòu)材料等方面應(yīng)用多，是當(dāng)前主流的回收再利用處置方式，但產(chǎn)品的附加值較低。最大的制約在于建筑材料、結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)材料等抗折抗壓性能直接產(chǎn)生影響，難以獲得符合使用性能要求的產(chǎn)品[5]。為改進(jìn)這種局面，有研究者采用多種回收技術(shù)組合運(yùn)用而達(dá)到篩選分離的目的，退役風(fēng)電葉片的復(fù)合組分分離后可以獲得樹脂、木質(zhì)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(jié)構(gòu)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(huán)境里能很好保持功能性[6-8]

2.2打印模具

河北工業(yè)大學(xué)的Zhou及其合作者為解決用于常規(guī)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(diǎn)，將退役風(fēng)電葉片復(fù)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(jié)構(gòu)材料的3D打印基材，性能更優(yōu)，同比抗壓強(qiáng)度提高 13.2%～29.9% ，Y和Z方向抗折強(qiáng)度提高 147.4%～465.4%^[9] 。

2.3提取新的化學(xué)物質(zhì)

國內(nèi)外多個研究團(tuán)體嘗試?yán)么呋?、微波等輔助熱解方式開展風(fēng)電葉片復(fù)合材料中的酚類等化學(xué)品提取。我國也已開展相關(guān)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(fēng)電葉片復(fù)合材料中環(huán)氧類樹脂，制取高品質(zhì)的酚類物質(zhì)及其他高附加值化學(xué)品，該技術(shù)對減少對原生資源的依賴、滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展中對多層級工業(yè)資源需求、降低這類物質(zhì)對環(huán)境影響等起到重要作用[3，10-11]

2.4新型復(fù)合材料

這類回收材料高溫?zé)峤庥袡C(jī)成份后，獲得的無機(jī)材料回收料作為填料，以三乙烯四胺為固化劑、環(huán)氧樹脂為基體，在添加陶瓷粉和偶聯(lián)劑KH-560后制備了新型地聚物，作為軟土地基加固的新型環(huán)境有好材料，這類地聚物具有優(yōu)異的抗沖擊、抗壓、耐溫和耐腐蝕性能，為廢舊風(fēng)電葉片復(fù)合材料的回收及資源化提供了新思路[12]。

3 當(dāng)前問題及建議

廢舊材料回收再利用不僅直接關(guān)系到保護(hù)環(huán)境、減少或降低碳排放，再利用產(chǎn)生的材料新種類還可以滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展多層級需求。廢舊風(fēng)電葉片復(fù)合材料回收增值利用對環(huán)境保護(hù)、創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價值起到極大促進(jìn)作用，但當(dāng)前仍存在很大發(fā)展制約因素，使得該行業(yè)的發(fā)展困難較大，急需促進(jìn)增鏈延鏈的技術(shù)和政策支持。風(fēng)電設(shè)備運(yùn)行需要一定地理環(huán)境，一般安裝在偏遠(yuǎn)地方且安裝位置分散，尺寸較大，廢舊材料產(chǎn)量大、危害大，拆解和切割困難，人工和運(yùn)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(zhì)，但過程中玻纖強(qiáng)度降低 50%～90% ，消耗能量，使用有害溶劑、釋放有毒氣體，因此當(dāng)前的回收利用主要以建筑、結(jié)構(gòu)材料為主，增值率較小，應(yīng)用范圍和領(lǐng)域有限，整體利用率較低。因此，為維持行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，需要政策支持、更多的研究探討及設(shè)備技術(shù)的改進(jìn)優(yōu)化，需要全鏈條的標(biāo)準(zhǔn)化工作指導(dǎo)以及環(huán)保、監(jiān)管等多方面的保障。

4結(jié)語

雖然起步較晚，我國在退役風(fēng)電葉片復(fù)合材料回收利用方面已有研究者先行探索，并已在建筑、結(jié)構(gòu)材料方面小規(guī)模使用，其他高值回收新材料的開發(fā)探討也已同步開展。但自前尚無規(guī)范的回收技術(shù)規(guī)程和增值利用的標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)，加之缺乏涵蓋廢舊風(fēng)電葉片材料在內(nèi)的大宗固廢回收的法律法規(guī)和行業(yè)產(chǎn)業(yè)體系支撐，僅在前端有研究及開發(fā)，整個行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展還未成型，回收增值的新材料的發(fā)展面臨較大的困難。隨著經(jīng)濟(jì)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(fēng)電葉片的產(chǎn)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(jìn)廢舊風(fēng)電葉片回收增值利用研究，助力增值新材料的生產(chǎn)和用途開發(fā)。

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