雖然風力渦輪機通過環保工藝發電,但這些渦輪機的巨大葉片一旦磨損,通常就會被送往垃圾填埋場。不過,由于一種新型生物基樹脂可以將舊葉片分解并回收再制成新葉片,這種情況可能會有所改變。
雖然不同制造商的設計各不相同,但大多數風力渦輪機葉片都包含一個碳纖維"骨架"、一個輕木或膨脹泡沫塑料內芯以及一個玻璃纖維外殼。碳纖維和玻璃纖維都使用環氧熱固性樹脂將各自的纖維粘合在一起。 遺憾的是,一旦葉片達到其使用壽命的終點--大約 20 年之后,要將所有這些材料分離出來以便日后再利用就非常困難了。這主要是由于樹脂不易分解,因此無法從中提取碳纖維和玻璃纖維。 雖然行業已經提出了一些試驗性的葉片回收技術,但其中一些技術采用了苛刻的工藝,在商業規模上很可能無法處理,而另一些技術則降低了纖維的質量。因此,舊葉片通常被直接丟棄,或者最多被磨碎,用作水泥的填充物。 為了解決這一問題,美國能源部國家可再生能源實驗室(NREL)的科學家們開發出了一種名為 PECAN 的替代環氧樹脂。PECAN 是"PolyEster Covalently Adaptable Network"(聚酯共價適應網絡)的首字母縮寫,這種物質可以用廢甘油或其他非食用糖等生物原料制成。 PECAN 樹脂立方體,據說可用于現有工廠生產全尺寸風力渦輪機葉片 Werner Slocum,美國國家核能源研究所 在對小樣本進行初步實驗后,研究人員利用 PECAN 制作了一個 9 米(29.5 英尺)長的風力渦輪機葉片,該葉片由碳纖維撐桿帽、輕木芯和玻璃纖維外殼組成。 測試表明,這種葉片的抗拉強度與使用傳統樹脂制造的葉片相近,而且能夠抵御惡劣天氣。更重要的是,與其他一些用環保材料制成的實驗葉片不同,這種葉片不容易出現一種被稱為"蠕變"的現象,即葉片會隨著時間的推移而變形。 這些測試完成后,PECAN 葉片被切割成方塊,并對其進行一種名為"甲烷分解"的化學處理。 這一過程在 225 ºC (437 ºF) 的溫度下大約六小時就溶解了樹脂,使原始碳纖維和玻璃纖維得以完全恢復。用于硬化樹脂的化學催化劑也被回收。此外,還回收了一種名為多元醇的化合物,這種化合物是樹脂解聚過程中產生的副產品,可用于聚氨酯等塑料的后續用途。 NREL 高級研究員尼克-羅勒(Nic Rorrer)是該研究論文的共同通訊作者,他告訴我們,葉片所用材料的 80% (按質量計算)最終都被回收了。雖然進一步的研究可能有助于改變這種情況,但輕木的質量確實有所下降。 他說:"可生物衍生或可回收的東西并不意味著它的性能會變差。這確實挑戰了聚合物科學領域不斷演變的觀念,即不能使用可回收材料,因為它們會表現不佳。" 該論文最近發表在《科學》雜志上。 |