近日，阿科瑪宣布其參與的ZEBRA - 零廢葉片研究聯(lián)盟(ZEBRA-Zero wastE Blade ReseArch)完成了首個可回收風(fēng)電葉片的全尺寸驗證測試，并生產(chǎn)了第二個可回收的熱塑性樹脂葉片。

 ZEBRA項目于2020年9月啟動，由法國研究機構(gòu)IRT Jules Verne牽頭，匯集了阿科瑪、CANOE、ENGIE、LM風(fēng)電、歐文斯科寧和蘇伊士共七家企業(yè)。項目目標(biāo)是展示全尺寸熱塑性風(fēng)力渦輪機葉片的技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)境相關(guān)性，并采用有利于回收的生態(tài)設(shè)計方法。

 ZEBRA可回收葉片

 可回收的熱塑性樹脂葉片由LM風(fēng)電公司在西班牙卡斯特利翁的葉片工廠制造。葉片長77米，采用了阿科瑪?shù)目苫厥諢崴苄砸簯B(tài)樹脂Elium?及其子公司Bostik的粘合劑。該ZEBRA葉片是世界首次在葉片的結(jié)構(gòu)重要組件剪切網(wǎng)中使用回收的Elium?樹脂。

 Elium?液態(tài)樹脂是阿科瑪熱塑性基體系列產(chǎn)品，適用于制造多種復(fù)合材料部件。對比環(huán)氧樹脂，該熱塑性產(chǎn)品可在室溫下快速固化，此外還可通過物理或化學(xué)工藝實現(xiàn)循環(huán)利用。

 從性能來看，據(jù)美國可再生能源實驗室等對小型葉片樣品測試結(jié)果顯示，Elium?樹脂可提供了與熱固性樹脂相當(dāng)?shù)臋C械性能，例如玻璃纖維/Elium?葉片具有與環(huán)氧樹脂葉片類似的剛度，其結(jié)構(gòu)阻尼是環(huán)氧葉片的七倍。

 國內(nèi)方面，今年11月14日，中材科技使用阿科瑪Elium? 樹脂制作的近百米級熱塑性復(fù)合材料風(fēng)電葉片成功下線，該葉片刷新了全球熱塑性復(fù)合材料風(fēng)電葉片長度記錄。

 化學(xué)回收方法可回收基于Elium?的復(fù)合材料組件

 Elium?液態(tài)熱塑性樹脂和歐文斯科寧的新型高性能玻璃織物相結(jié)合，尤其適合通過樹脂灌注制造大型部件。由此得到復(fù)合材料具有與熱固性樹脂相似的性能，又具有可回收的獨特優(yōu)點。

 使用先進(jìn)的化學(xué)回收方法可回收基于Elium?的復(fù)合材料組件，此方法能夠完全解聚樹脂，從樹脂中分離纖維，回收新的原料樹脂和高模量玻璃，可供立即重復(fù)使用，實現(xiàn)循環(huán)。

 此方法由阿科瑪與CANOE合作開發(fā)，在所有復(fù)合材料部件上進(jìn)行了試驗，包括生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢物。歐文斯科寧還負(fù)責(zé)研究通過重熔或在各種應(yīng)用中重復(fù)使用進(jìn)行玻璃纖維回收的解決方案。除了材料試驗和工藝試驗，這些企業(yè)進(jìn)一步利用自動化開發(fā)和優(yōu)化制造工藝，減少生產(chǎn)能耗和浪費。

 風(fēng)電葉片的回收再利用

 風(fēng)電葉片剪切網(wǎng)通常位于葉片內(nèi)部，沿著其長度方向連接葉片的前緣和后緣，起到加強葉片結(jié)構(gòu)、承受風(fēng)力等外部負(fù)載的作用。

　　風(fēng)電葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

 隨著風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展，退役風(fēng)機材料回收和再利用逐漸成為了一個迫切問題。這其中處理起來最為棘手的部件，當(dāng)屬葉片。

 風(fēng)電葉片一般是由金屬、玻璃纖維、碳纖維、樹脂等構(gòu)成的典型熱固性復(fù)合材料。由于熱固性樹脂結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，一般需要高溫處理才可分解，其回收目前主要可分為機械切碎、熱解、化學(xué)分解等方法，但目前從商業(yè)化角度來看上述方法仍存在回收材料性能降低嚴(yán)重、回收能耗高、污染大等痛點，不容易用于處理葉片這類大型部件。目前針對可商業(yè)化、高效、低碳回收方法的研究也是近年來回收領(lǐng)域的科研熱點。

 從下游應(yīng)用角度來看，目前全球多家研究機構(gòu)和企業(yè)已投入相關(guān)回收材料應(yīng)用技術(shù)的商業(yè)化推進(jìn)。近年來典型的有包括英國復(fù)合材料協(xié)會以及挪威Aker Offshore Wind公司牽頭的玻纖熱解工藝商業(yè)化項目;西班牙塑料技術(shù)中心AIMPLAS牽頭的EROS復(fù)材回收技術(shù)研發(fā)項目;此外還有TPI復(fù)合材料公司專注于回收纖維短纖紗和紡織品;美國ST Bungalow公司開發(fā)了用于屋頂材料的回收玻纖復(fù)材組件等等。

 受制于熱固性塑料的處理難度大，除了現(xiàn)有葉片的回收及再利用研究外，可回收熱塑性樹脂的推廣應(yīng)用也是個熱點方向。

 從市場來看，據(jù)12月21日國家能源局公布的最新數(shù)據(jù)顯示，2023年，我國風(fēng)光總裝機量突破10億KW，規(guī)模逐年增長。按照陸上風(fēng)機20年的使用壽命估算，預(yù)計在2025至2030年間，我國會出現(xiàn)第一波風(fēng)機退役高峰。

 歐洲方面，據(jù)歐洲風(fēng)電行業(yè)機構(gòu)發(fā)布的最新數(shù)據(jù)顯示，到2023年，歐洲約有4000臺風(fēng)機面臨退役。到2030年，裝機容量達(dá)78GW的風(fēng)電機組運行年限將超過20年，進(jìn)入退役期。美國方面，據(jù)美國電力研究所測算，未來30年風(fēng)機葉片的報廢總量將超過210萬噸，全球市場前景可觀。

 ZEBRA項目的參與者

 ZEBRA項目的參與者橫跨了多個行業(yè)和領(lǐng)域，包括材料供應(yīng)、葉片生產(chǎn)、風(fēng)機運維、葉片回收。

 阿科瑪帶來了旗下的熱塑性樹脂Elium。這款樹脂在解聚合或溶解后可實現(xiàn)循環(huán)利用。

 CANOE帶來的是獨有的聚合物配方、碳纖維的研發(fā)技術(shù)和聚合物回收技術(shù)。CANOE推出了一種極具創(chuàng)新性的纖維增強丙烯酸復(fù)合材料溶解回收工藝，回收能得到高附加值的甲基丙烯酸甲酯單體和纖維材料。

 ENGIE是風(fēng)場運營公司、法國風(fēng)電行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，管理著總?cè)萘?.5GW的風(fēng)場。ENGIE致力于通過再生技術(shù)的開發(fā)，加速零碳經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型發(fā)展。

 LM風(fēng)電是風(fēng)電葉片的設(shè)計制造商，自1978年以來共生產(chǎn)了超過22.8萬支葉片。旗下參與ZERBA項目的Cherbourg工廠曾經(jīng)生產(chǎn)過迄今為止最長的107m葉片。

 歐文斯科寧是玻纖及復(fù)合材料的世界領(lǐng)導(dǎo)者，也是高模量玻璃技術(shù)的專利發(fā)明者，在過去十年中為風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展提供了很大的幫助。

 蘇伊士公司專注于材料的環(huán)保設(shè)計和可回收技術(shù)的研發(fā)，幫助城市和工業(yè)管理者實現(xiàn)資源的可持續(xù)優(yōu)化管理。

 在ZEBRA項目下，LM風(fēng)電將利用阿科瑪提供的Elium樹脂進(jìn)行產(chǎn)品和工藝設(shè)計，生產(chǎn)兩支原型葉片，用于檢測復(fù)合材料的性能和量產(chǎn)可行性。與此同時，其他項目合作伙伴將專注于開發(fā)并優(yōu)化自動化生產(chǎn)技術(shù)，減少生產(chǎn)過程中的能耗和產(chǎn)生的廢料。然后，參與各方將共同探索原型葉片材料回收，并轉(zhuǎn)化為再生新產(chǎn)品的路徑。最終，項目組將出具一份全生命周期分析報告，對未來熱塑性材料在風(fēng)電葉片領(lǐng)域應(yīng)用的經(jīng)濟及環(huán)保可行性做出全面評估。

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