来自考纳斯理工大学(KTU)和立陶宛能源研究所的一组研究人员提出了一种回收风力涡轮机叶片的方法。通过热解，他们将复合材料分解为其组成部分，即-苯酚和纤维。据科学家称，提取的材料可以重复使用，而且这个过程几乎没有浪费。
由玻璃纤维增强聚合物(GFRP)层压复合材料制成的风力涡轮机叶片可以使用长达25年。之后，它们最终被扔进了垃圾填埋场——GFRP被认为是难以分解的。这已经成为可再生能源行业面临的一个真正的挑战。
据估计，风力涡轮机叶片占欧洲纤维增强复合材料废弃物的10%。研究人员称，到2050年，全球风力涡轮机叶片废料将增加到约200万吨。随着许多国家禁止在垃圾填埋场使用复合材料，回收使用过的风力涡轮机叶片成为世界各地研究人员试图解决的一个挑战。
“到2050年将全球温室气体排放降至接近零的目标几年前就已经提出。从那时起，越来越多的国家通过投资可再生能源，包括风能，承诺实现净零排放目标。然而，风力涡轮机叶片的回收是主要问题，这些叶片有一个足球场那么长，非常坚固，还包括塑料。如果没有可行的解决方案，我们就不能说风能是完全可持续和环境友好的。”考纳斯理工大学(KTU)机械工程与设计学院的研究员萨米·优素福博士说。
为了应对这一挑战，由Yousef博士领导的研究小组进行了几个实验，包括将GFRP分解为其组成部分。
杜绝浪费的转换
由于其强度高、成型简单和制造成本低，GFRP复合材料被用于多种用途——汽车制造、海事船舶、石油和天然气生产、建筑、体育用品等。飞机、风能和电子产品是使用GFRP最多的行业，全球需求每年增长6%。
“用于包括风力涡轮机叶片制造在内的许多行业的GFRP复合材料不是热固性的就是热塑性的。无论哪种情况，它们大致只包含两种成分——纤维和树脂(在某些情况下添加了不同的微颗粒或纳米颗粒)。至于纤维，通常是碳纤维或玻璃纤维(后者更便宜)。”约瑟夫博士解释说。
在实验中，研究小组对不同批量的复合材料(玻璃纤维热固性材料和玻璃纤维热塑性材料)进行热解(有沸石催化剂和无沸石催化剂的情况下)，在每种情况下测量苯酚(酚醛树脂生产、尼龙和其他合成纤维生产的主要成分)的提取。之后，他们分析了每一批的基本原料。研究人员还评估了添加纳米颗粒(如炭黑)对有用成分产量的影响。
尽管在热解过程中提取的成分的产量因应用的温度不同而不同，但近距离测量显示，在所有情况下，都提取了大量的挥发性化合物(高达66%)和纤维残渣(约30%)。添加的纤维纳米颗粒(碳纳米管和石墨烯)提高了苯酚的收率。
“挥发性成分主要是苯酚，可用于进一步生产树脂，纤维残渣经化学净化后可用于纤维增强混凝土、聚合物复合材料、纤维地板等多种用途。”我们的方法几乎没有浪费，只有少量排放，这是这种转换操作的标准。”尤瑟夫说。
需要一个真正的风力涡轮机叶片来继续研究
实验是使用实验室制备的样品进行的，该样品的成分与制造风力涡轮机叶片的成分相似，而不是风力涡轮机叶片本身。因此，Yousef博士指出，有必要评估真正的涡轮叶片所覆盖的油漆涂层的效果，以得出结果。然而，他认为这并不重要。
“我们当然会很高兴收到一个破旧的、不再可用的风力涡轮机叶片，并使用从实物中获得的样本进行我们的实验。”尤瑟夫说。
目前，该研究小组正在创建一个模型，该模型将允许缩放和计算结果对更广泛的经济和环境影响。
本研究是同一研究小组开展的几项研究之一，重点是循环经济原则的实际实施。去年，他们将皮棉微纤维转化为能源的实验获得了国际上的广泛关注。
“我们正在开展与气候变化、提取清洁能源(H2和CH4)使用膜技术，以及向循环经济的过渡，因为这些主题与我们星球的未来密切相关。”约瑟夫博士说。
来源:https://en.ktu.edu/