21世紀初，風(fēng)力發(fā)電頭頂“綠色低碳”的光環(huán)，高調出道。經(jīng)過(guò)十多年的迅猛發(fā)展，成為了清潔可再生能源的主力軍。

　　然而，因為風(fēng)電產(chǎn)生的電能極其不穩定，電力質(zhì)量差，會(huì )對電網(wǎng)造成難以預料的沖擊。因此，在并入電網(wǎng)時(shí)，其往往需要與火電、水電甚至核電等其它穩定的能源進(jìn)行協(xié)同配合，也被戲稱(chēng)為“垃圾電”。

　　實(shí)際上，伴隨風(fēng)資源預測算法的逐步完善、風(fēng)電機組智能控制手段的不斷進(jìn)步，風(fēng)電的“垃圾電”屬性正在逐漸消失。然而，風(fēng)力發(fā)電卻仍然難以完全摘除掉“垃圾”這個(gè)標簽。

　　
 

　　海上風(fēng)電場(chǎng) (圖片來(lái)源：NewsTarget.com)

　　棘手的巨型垃圾

　　貼在風(fēng)電身上的“垃圾”標簽，并非無(wú)中生有。風(fēng)力發(fā)電的確會(huì )產(chǎn)生垃圾，并且是體積巨大的不可回收垃圾。

　　
 

　　現代風(fēng)力發(fā)電機組 (圖片來(lái)源：Pixabay)

　　一般情況下，風(fēng)力發(fā)電機的使用壽命為20~25年，按此計算，在21世紀前期安裝的大批初代風(fēng)電機組即將陸續退役?，F代大型風(fēng)電機組一般由6000多個(gè)零部件構成，包括塔筒、齒輪箱、發(fā)電機等在內的85%~90%的部件都可以進(jìn)行回收再利用。

　　但對于走到生命盡頭的廢棄葉片，它們的處理工作卻異常棘手——除了葉根連接螺栓以及內部的線(xiàn)纜之外，風(fēng)電葉片的主體由復合材料構成，具體成分主要包括環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃纖維(俗稱(chēng)“玻璃鋼”)以及輕木等。與傳統的金屬、塑料制品不同，這些材料難以進(jìn)行二次回收利用。

　　
 

　　廢棄的風(fēng)電葉片 (圖片來(lái)源：Hackaday)

　　另外，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的崛起推動(dòng)著(zhù)葉片尺寸不斷攀升，目前世界上最大的風(fēng)電葉片長(cháng)達107米，相當于高達35層的建筑物，是本世紀初主流葉片長(cháng)度的近8倍。這也導致葉片制造所需的原材料大幅增加，也令總重量迅速提升。例如，當前5 MW風(fēng)力機三支葉片的總重量甚至超過(guò)了60噸。

　　顯而易見(jiàn)，未來(lái)處理廢棄葉片的形勢只會(huì )更加嚴峻。研究表明，到2050年，全球的廢棄葉片將達到4300萬(wàn)噸，其中中國占40%，歐洲占25%，美國占16%，其他地區占19%。

　　粗放的葉片處理手段

　　作為一個(gè)追逐朝陽(yáng)的行業(yè)，風(fēng)電行業(yè)卻極度缺乏廢棄葉片的實(shí)際處理經(jīng)驗。目前，其主要處理方法是掩埋和焚燒。

　　顯然，直接將葉片運到垃圾場(chǎng)進(jìn)行填埋過(guò)于簡(jiǎn)單粗暴，并且會(huì )造成土地資源的巨大浪費，極其不環(huán)保，基本上已經(jīng)被淘汰。

　　
 

　　垃圾填埋場(chǎng) (圖片來(lái)源：Pixabay)

　　那么，焚燒是否是有效的處理方式呢?雖然垃圾處理工廠(chǎng)能利用焚燒葉片產(chǎn)生的熱量來(lái)發(fā)電，但面臨的挑戰也不小。

　　廢舊葉片在進(jìn)入焚燒廠(chǎng)前首先需要進(jìn)行拆解和粉碎，由于復合材料中含有無(wú)機物質(zhì)，60%的廢料焚燒之后會(huì )變成含有污染物質(zhì)的灰燼，同時(shí)還會(huì )產(chǎn)生有毒的廢氣，威脅工人的身體健康。其中，殘留的細小玻璃纖維可能會(huì )使過(guò)濾設備出現故障。從能耗和排放角度來(lái)說(shuō)，其大幅增加了成本和低碳環(huán)保的壓力。

　　實(shí)際上，目前葉片的回收方法操作繁瑣且效率低下，只有個(gè)別國外工廠(chǎng)具備適量葉片集中處理的能力。葉片中只有近30%的纖維可以通過(guò)回收，制成新的復合材料，而大多數只能作為水泥行業(yè)的添加物。為了探索回收葉片的方案，全球范圍內與葉片回收業(yè)務(wù)相關(guān)的各個(gè)企業(yè)也都紛紛開(kāi)展了大量的研究項目，同時(shí)推出了各種維度類(lèi)型的創(chuàng )新性產(chǎn)品。

　　艱難的葉片回收之路

　　2012年，荷蘭率先將退役風(fēng)電機組葉片作為兒童公園的建筑物、休閑長(cháng)椅以及公交候車(chē)亭，但這種小而美的回收利用方式難以大規模地應用于大型兆瓦級風(fēng)電葉片，顯而易見(jiàn)，這種方式能夠消納的廢棄葉片極其有限，不是理想的回收方式。

　　

　　退役的葉片制成的長(cháng)椅 (圖片來(lái)源：The-village)

　　要想批量回收風(fēng)力發(fā)電機的葉片，需要將混合粘接構成葉片的多種材料各自分離開(kāi)。針對此，歐洲研究機構合作開(kāi)發(fā)了纖維分離技術(shù)，先利用混合切割機將葉片粉碎，之后去除雜質(zhì)，加熱將玻璃纖維與樹(shù)脂進(jìn)行化學(xué)分離。在洗去纖維上殘留的樹(shù)脂后，通過(guò)二次活化方法對纖維進(jìn)行改良，將其與一種新型的樹(shù)脂進(jìn)行粘結，最終獲得更好的性能。

　　此外，華盛頓大學(xué)的一個(gè)研究小組也使用相似的方法，把葉片切割成小塊，再次加工成新的復合材料，制造成地磚以及路障等產(chǎn)品。

　　總而言之，葉片回收首先采取的步驟就是通過(guò)各種機械將巨大的葉片切割成小塊。之后再進(jìn)行粉碎、分離等，完成后續一系列的處理步驟。但是，這些纖維比原來(lái)的纖維短，表面還摻雜著(zhù)樹(shù)脂，極大程度地限制了其力學(xué)性能，也使這些重新形成的復合材料限制在了一個(gè)有限的應用領(lǐng)域。

　　
 

　　被切割成碎片的葉片 (圖片來(lái)源：Veolia公司)

　　寄予厚望的熱塑性葉片

　　風(fēng)電葉片的回收難題遲遲無(wú)法解決，山窮水復之際，唯有轉變思維方式，才能化解危機。

　　面對這個(gè)日益嚴峻而棘手的難題，2017年，歐美多家葉片企業(yè)和研究機構聯(lián)合起來(lái)，共同參與了一項“葉片全循環(huán)”計劃，嘗試開(kāi)發(fā)一款專(zhuān)門(mén)用于葉片制造的新型熱塑性樹(shù)脂，從生產(chǎn)環(huán)節入手，徹底解決葉片回收問(wèn)題。

　　
 

　　美國可再生能源實(shí)驗室的科學(xué)家正在制作熱塑性樹(shù)脂葉片(圖片來(lái)源：nrel.gov)

　　原來(lái)，傳統的兆瓦級風(fēng)電葉片是通過(guò)真空灌注工藝使環(huán)氧樹(shù)脂浸潤玻璃纖維，之后加熱使二者融為一體，由于環(huán)氧樹(shù)脂屬于熱固性樹(shù)脂，葉片一旦加熱后便會(huì )產(chǎn)生化學(xué)變化，隨著(zhù)其逐漸硬化成型，后續即使對它進(jìn)行高溫加熱也不能使其軟化。

　　而此時(shí)，它出色的力學(xué)性能也完全發(fā)揮到了極致，耐疲勞性能更是登峰造極，這時(shí)的葉片具有了“金剛不壞之身”，確保它在遭遇極端強風(fēng)時(shí)仍能游刃有余地化解危機，同時(shí)保證其具有超過(guò)20年的安全穩定運行壽命。

　　但堅不可摧的“矛”到了退役的時(shí)候，它的優(yōu)點(diǎn)反而成為了它最大的缺點(diǎn)，幾乎任何普通常規的方法都不能傷它分毫，只能選擇簡(jiǎn)單粗暴的方式將其破碎肢解。

　　
 

　　制作完成的熱塑性樹(shù)脂葉片(圖片來(lái)源：nrel.gov)

　　與熱固性樹(shù)脂不同，熱塑性樹(shù)脂的分子結構呈線(xiàn)型排布，這使其具有受熱軟化、冷卻硬化的性能，而無(wú)論加熱和冷卻重復了多少次，它都不會(huì )發(fā)生化學(xué)反應，并始終保持著(zhù)這種性能。我們日常生活中隨處可見(jiàn)的塑料瓶、塑料玩具等就是最為典型的熱塑性材料。

　　因此，如果今后的葉片采用了熱塑性樹(shù)脂，那么當它退役的時(shí)候就搖身一變，成為了可回收垃圾，廢棄葉片的回收處理就變得簡(jiǎn)單多了。通過(guò)初步碾碎，加熱分解之后，最后得到提純的原材料，可以再次用于葉片的生產(chǎn)制造，從源頭上推動(dòng)葉片的循環(huán)利用，避免其變成難以處理的垃圾。

　　作為綠色清潔能源的代表，風(fēng)力發(fā)電發(fā)揮著(zhù)踐行低碳環(huán)保理念的重任。若能解決葉片的回收難題，風(fēng)電便能撕下“垃圾”的標簽，讓環(huán)保的光環(huán)更加熠熠生輝。