实现循环利用！欧洲七巨头打造100%可回收热塑性树脂风电叶片
发布日期：2023/12/28
12月20日，阿科玛宣布其参与的ZEBRA - 零废叶片研究联盟(ZEBRA-Zero wastE Blade ReseArch)近期完成了首个可回收风电叶片的全尺寸验证测试，并生产了第二个可回收的热塑性树脂叶片。
ZEBRA项目于2020年9月启动，是由法国研究机构IRT Jules Verne牵头的一个特殊合作伙伴组织，汇集了阿科玛、CANOE、ENGIE、LM风电、欧文斯科宁和苏伊士共七家企业。它的目的是展示全尺寸热塑性风力涡轮机叶片的技术、经济和环境相关性，并采用有利于回收的生态设计方法。
ZEBRA可回收叶片
可回收的热塑性树脂叶片由LM风电公司在西班牙卡斯特利翁的叶片工厂制造，叶片长77米，采用了阿科玛的可回收热塑性液态树脂Elium®及其子公司Bostik的粘合剂。值得一提的是，该ZEBRA叶片是世界首次在叶片的结构重要组件剪切网中使用回收的Elium®树脂。
Elium®液态树脂是阿科玛热塑性基体系列产品，适用于制造多种复合材料部件。对比环氧树脂，该热塑性产品可在室温下快速固化，此外还可通过物理或化学工艺实现循环利用。
从性能来看，据美国可再生能源实验室等对小型叶片样品测试结果显示，Elium®树脂可提供了与热固性树脂相当的机械性能，例如玻璃纤维/Elium®叶片具有与环氧树脂叶片类似的刚度，其结构阻尼是环氧叶片的七倍。
国内方面，今年11月14日，中材科技使用阿科玛Elium® 树脂制作的近百米级热塑性复合材料风电叶片成功下线，该叶片刷新了全球热塑性复合材料风电叶片长度记录。
化学回收方法可回收基于Elium®的复合材料组件
Elium®液态热塑性树脂和欧文斯科宁的新型高性能玻璃织物相结合，尤其适合通过树脂灌注制造大型部件。由此得到复合材料具有与热固性树脂相似的性能，又具有可回收的独特优点。
使用先进的化学回收方法可回收基于Elium®的复合材料组件，此方法能够完全解聚树脂，从树脂中分离纤维，回收新的原料树脂和高模量玻璃，可供立即重复使用，实现循环。
此方法由阿科玛与CANOE合作开发，在所有复合材料部件上进行了试验，包括生产中产生的废物。欧文斯科宁还负责研究通过重熔或在各种应用中重复使用进行玻璃纤维回收的解决方案。除了材料试验和工艺试验，这些企业进一步利用自动化开发和优化制造工艺，减少生产能耗和浪费。
风电叶片的回收再利用
风电叶片剪切网通常位于叶片内部，沿着其长度方向连接叶片的前缘和后缘，起到加强叶片结构、承受风力等外部负载的作用。
随着风电行业的快速发展，退役风机材料回收和再利用逐渐成为了一个迫切问题。这其中处理起来最为棘手的部件，当属叶片。
风电叶片一般是由金属、玻璃纤维、碳纤维、树脂等构成的典型热固性复合材料。由于热固性树脂结构十分稳定，一般需要高温处理才可分解，其回收目前主要可分为机械切碎、热解、化学分解等方法，但目前从商业化角度来看上述方法仍存在回收材料性能降低严重、回收能耗高、污染大等痛点，不容易用于处理叶片这类大型部件。目前针对可商业化、高效、低碳回收方法的研究也是近年来回收领域的科研热点。
从下游应用角度来看，目前全球多家研究机构和企业已投入相关回收材料应用技术的商业化推进。近年来典型的有包括英国复合材料协会以及挪威Aker Offshore Wind公司牵头的玻纤热解工艺商业化项目;西班牙塑料技术中心AIMPLAS牵头的EROS复材回收技术研发项目;此外还有TPI复合材料公司专注于回收纤维短纤纱和纺织品;美国ST Bungalow公司开发了用于屋顶材料的回收玻纤复材组件等等。
受制于热固性塑料的处理难度大，除了现有叶片的回收及再利用研究外，可回收热塑性树脂的推广应用也是个热点方向。
从市场来看，据12月21日国家能源局公布的最新数据显示，2023年，我国风光总装机量突破10亿千瓦，规模逐年增长。按照陆上风机20年的使用寿命估算，预计在2025至2030年间，我国会出现第一波风机退役高峰。
欧洲方面，据欧洲风电行业机构发布的最新数据显示，到2023年，欧洲约有4000台风机面临退役。到2030年，装机容量达78吉瓦的风电机组运行年限将超过20年，进入退役期。美国方面，据美国电力研究所测算，未来30年风机叶片的报废总量将超过210万吨，全球市场前景可观。
ZEBRA项目的参与者
ZEBRA项目的参与者横跨了多个行业和领域，包括材料供应、叶片生产、风机运维、叶片回收。
阿科玛带来了旗下的热塑性树脂Elium。这款树脂在解聚合或溶解后可实现循环利用。
CANOE带来的是独有的聚合物配方、碳纤维的研发技术和聚合物回收技术。CANOE推出了一种极具创新性的纤维增强丙烯酸复合材料溶解回收工艺，回收能得到高附加值的甲基丙烯酸甲酯单体和纤维材料。
ENGIE是风场运营公司、法国风电行业领导者，管理着总容量8.5GW的风场。ENGIE致力于通过再生技术的开发，加速零碳经济的转型发展。
LM风电是风电叶片的设计制造商，自1978年以来共生产了超过22.8万支叶片。旗下参与ZERBA项目的Cherbourg工厂曾经生产过迄今为止最长的107m叶片。
欧文斯科宁是玻纤及复合材料的世界领导者，也是高模量玻璃技术的专利发明者，在过去十年中为风电行业的发展提供了很大的帮助。
苏伊士公司专注于材料的环保设计和可回收技术的研发，帮助城市和工业管理者实现资源的可持续优化管理。
在ZEBRA项目下，LM风电将利用阿科玛提供的Elium树脂进行产品和工艺设计，生产两支原型叶片，用于检测复合材料的性能和量产可行性。与此同时，其他项目合作伙伴将专注于开发并优化自动化生产技术，减少生产过程中的能耗和产生的废料。然后，参与各方将共同探索原型叶片材料回收，并转化为再生新产品的路径。最终，项目组将出具一份全生命周期分析报告，对未来热塑性材料在风电叶片领域应用的经济及环保可行性做出全面评估。
来源：废塑料新观察
