摘要
风力发电因其清洁、高效、可再生等优点，成为我国能源发展战略行动计划的重要一环，我国已成为全球风电装机规模最大的国家。随着风电机组退役潮的到来，退役风电叶片(Retired wind turbine blades，RWTB)成为我国急需解决的大型固体废弃材料。风电叶片主要由玻璃纤维/碳纤维/植物纤维增强复合材料制备而成，传统处理方式主要为填埋和焚烧，不仅造成大量资源浪费，而且导致环境污染。对RWTB的资源化和高值化利用已成为国家高度关注的研究热点。本文简述了国内外风电装机规模及RWTB的发展规模，综述了风电叶片的现有回收技术(机械回收、热解回收、化学回收)及RWTB的回收应用现状，总结分析了各类回收技术及应用领域的优缺点。对RWTB的回收技术及应用前景进行了分析展望，提出“多措并举”的梯级利用及尽可能避免出现二次废弃物的“高效规范全利用”是RWTB回收利用技术重要的研究方向。
图 1
(a) 累计风电装机容量；(b) 新增风电装机容量；
(c) 预计截至2050年累计退役风电叶片(RWTB)；
(d) RWTB实物图；(e) 风电叶片截面图
玻璃纤维(GF)/碳纤维(CF)增强复合材料因其具有机械强度高、质量轻、比强度高、耐腐蚀、绝缘性好等优良特性，已被广泛应用于各种领域。图1(d)为RWTB图，图1(e)为风电叶片的截面图，作为承受复杂运动和环境载荷的部件，风电叶片多以GF/CF增强热固性树脂为主体材料，但其难以降解，这导致在报废后若得不到妥善处理，将造成严重的环境污染。并且风电叶片的制备会耗费大量资源，其中部分材料具有很高的回收价值。因此RWTB的资源化、高值化利用十分必要且具有长远的环境效益和经济效益。
风电叶片因其材质及构造，导致其在退役后难以处理，填埋和焚烧是最传统、最常用的处理方式。但因其材质难以降解，填埋处理不仅占用土地资源，而且会释放有害物质，严重污染土壤、水资源，从而影响粮食和饮用水安全。在焚烧处理过程中，会排放出大量温室气体及有毒气体，且产生的焚烧残余物难以处理，会对空气和土地造成严重污染。填埋和焚烧处理除了污染环境之外，还会造成严重的资源浪费，因此已被多数国家禁止。为解决RWTB回收利用难的问题，专家学者进行了大量的研究，提出了多种回收技术，主要包括机械回收、热解回收和化学回收。本文综述了RWTB的回收技术及RWTB回收应用研究的新进展，总结分析了各种回收技术的优缺点及RWTB在材料领域的应用发展前景。
1. RWTB回收技术
1.1 机械回收
机械回收法指通过切碎、压碎、碾磨等方法将复合材料进行分解，根据不同的应用领域，将其分解成不同尺寸的颗粒，分解的颗粒一般用于二次增强复合材料或用作填料。
[Mamanpush等]通过锤式粉碎机将RWTB进行粉碎，使用不同尺寸的筛网进行筛分，将废料与树脂在鼓式搅拌机中混合，然后热压成型。具体研究了胶黏剂含量、含水率、质量分数和密度对复合材料性能的影响。结果表明，机械回收RWTB的方法是可行的。[Li等]对比分析了填埋、焚烧和机械回收三者之间的环境效益和经济效益。结果表明，填埋短时间内对环境影响不大，但这种处理方式是政策不允许的。焚烧产生的热量和电力可用于工业生产和社会生活，但这种处理方式会产生大量的温室气体及有毒气体，因此被禁止使用。与填埋和焚烧相比，机械回收能减少温室气体的排放和填埋废物的产生，但是机械回收的成本较高。[Howarth等]研究了CF增强复合材料机械回收的能耗和对环境的影响。结果表明在10kg/h回收速率下，回收比能明显小于原始CF的固有能量。通过计算回收比能和处理速率之间的关系，证明回收速率越大，整个回收过程更节能。并且通过研磨过程进行回收对环境影响较小。[Shuaib等]对影响机械造粒机能耗和回收质量的关键因素进行了研究分析。结果表明，筛网尺寸越大，所需能量越小，但会出现体积过大的粗颗粒。当造粒机筛网尺寸为4mm、颗粒尺寸为5mm，能量消耗最大。机器间隙是决定回收质量的关键因素，材料的厚度应接近机器间隙，以确保有效的切割过程。
使用机械回收法回收RWTB时，一般不需要清楚叶片的具体成分信息(基体材料、纤维材料、填料等)，处理后可直接得到混合均匀的颗粒状混合物，不会改变材料的化学结构。该方法处理的材料一般直接用于混凝土等建筑材料的填料或增强材料，提升各项性能，还可以降低材料的密度，减轻质量。但另一方面，在机械处理过程中，会产生大量的粉尘，其中的某些材料，如玻璃纤维会飘浮在空气中，通过呼吸进入人体或粘附在皮肤上，对工作人员的身体健康产生严重危害。通过该方法进行回收处理，获得的纤维较短，大大降低了回收材料的价值。并且回收材料的机械强度及与聚合物的界面结合性能大幅度降低，适用于对机械强度要求不高的应用领域。机械回收是现有回收方法中最成熟的技术，其具有工艺简单、成本低、效率高、能耗少等优点，具有大规模应用的潜力。
1.2 热解回收
1.2.1 高温热解
高温热解是在惰性气体或空气中高温处理废弃材料，使树脂降解成分子形式(气体或液体)，其余部分将以填料和纤维的形式存在。
热解过程中，温度是一个重要的参数。[Wu等]通过热重实验、动力学计算和固定床实验对RWTB热解温度进行了系统研究。结果表明，RWTB中的有机树脂主要分解温度为400~500℃，491.09℃时分解速率最大，在550℃时几乎完全分解。[Termine等]在氮气中进行废料的热解，研究最佳热解温度与时间。结果表明，复合材料样品在550℃下处理6h为最佳处理工艺条件。对回收的CF进行性能测试，发现其力学性能有所下降，拉伸强度降低了30%，弯曲强度降低了12%。[Yousef等]实验表明，热解程度主要由温度决定。在500℃时产物为44.5%的热解油和55%固体残渣及少量气体，回收GF表面仍有树脂基体。当温度为600℃时，GF表面基体溶解。[Chen等]进一步研究了RWTB的热解特性和热解动力学。气相色谱和质谱分析表明，当温度从500℃升高到800℃时，酚类、羧酸类、酮类和醛类的产率明显下降，醇类、烷烃类和烯烃类的产率增加。实验证明，提高反应温度、反应时间和减小材料粒径可以促进热解油向气态产物转化。
另一方面，热解环境对整个热解过程同样有重要影响。[Ma等]研究了不同氧气浓度对环氧树脂降解行为的影响。结果表明，不同氧气浓度极大地改变了环氧树脂的降解行为，较高的氧气浓度可以促进热解和非均相氧化的协同作用。在初始阶段，较高的氧气浓度加速了环氧树脂的分解，而环氧残余物的氧化需要较高的活化能。[Xu等]研究了RWTB的热解特性及H2O和CO2的加入对环氧树脂分解和回收纤维力学性能的影响。实验表明，在氮气中RWTB的热解气体产率为6.32wt%，热值为22.53MJ/Nm3，主要成分为CO2、CH4，热解油产率为14.88wt%，固体产物为78.80wt%，主要成分为炭和玻璃纤维。H2O的加入作为气化剂，加速环氧树脂的热解，提高了热解气体的产率，抑制了热解炭的生成，并使回收纤维的拉伸强度下降了5.97%。CO2的加入导致环氧树脂热解不完全，抑制了热解气体的产生，使回收纤维的拉伸强度下降了16.02%。
[Sogancioglu等]对高密度聚乙烯 (HDPE) 和低密度聚乙烯 (LDPE) 的降解进行了研究，并使用热解产生的热解炭制备环氧复合材料。结果表明，热解在300~700℃下进行，HDPE和LDPE塑料废弃物的热解气体和液体产率分别为97.86%和93.56%。在300℃下获得的热解炭制备的环氧复合材料的性能最佳，随着热解温度和炭化剂量的增加，复合材料的断裂伸长率和拉伸强度普遍下降。
[Ge等]研究了RWTB的热降解行为，分析了不同升温速率和混合比对降解过程的影响，详细计算了热解反应动力学，并研究了热解挥发成分的组成。结果表明，提高升温速率有利于材料的热解，但是会降低材料的热解程度，混合物中环氧树脂的含量对样品热解活化能的影响大于升温速率的影响。热解过程中主要释放的气体有CO2、CO、水蒸气、脂肪族化合物、羧酸。
[Cheng等]对RWTB在电厂燃煤烟气中的热解过程进行了研究，分析了热解温度、热解时间、烟气成分和加热方式对热解产物的影响，并对其热解机制进行分析研究。结果表明，在烟气加热过程中，基体树脂碳化后氧化，最终获得纯净纤维。回收纤维纯度可达99%，拉伸强度下降不到10%。且在回收过程中对电厂热效率和污染物排放的影响可忽略不计。
1.2.1 流化床热解
流化床热解工艺是诺丁汉大学提出的一种从废弃复合材料中收集增强纤维的方法。图2为流化床示意图，首先将空气注入加热装置中进行加热，将废弃复合材料加工成尺寸25mm左右的小颗粒，送入流化床中。在高温环境下，复合材料中的聚合物降解挥发，纤维和填料被分离出来悬浮在空气中，之后被气流带出流化床。纤维和填料在分离器中进行分离，将分离得到的纤维和填料送入1000℃的第二燃烧室，其中残余聚合物被完全氧化，从而收集得到纯净的增强纤维和填料。
图 2 流化床热解示意图
[Han等]在鼓泡流化床汽化炉中，研究了高含量混合废塑料的气化特性。汽化炉内径0.114m，高度为1m，床料为400μm的石英砂颗粒。发现随着温度和空气当量比的增加，气体产率增加，焦油产率减少。随着温度的升高，气体产物中CO、CH4、H2和C2H2的产量增加，而CO2和C2~C3的产量减少。随着空气当量比的增加，CO、CH4、H2、C2~C3的产量增加，H2和CO的产量减少。
[Pender等]研究了使用流化床工艺降解RWTB及回收纤维的性能提升方法。结果表明，使用流化床工艺回收的玻璃纤维，其与环氧树脂之间的界面剪切强度下降了40%。之后使用7mol/L的NaOH溶液处理回收纤维2h，纤维强度增强约130%。除了研究RWTB的流化床降解外，[Żukowski等]还对人造聚合物和生物质材料在同一流化床反应器中的热解特性进行了对比研究。分别选择用于包装材料的聚乙烯、聚丙烯等和用在建筑行业的聚酰胺、聚碳酸酯等为原料。实验第一阶段，将样品在850℃下燃烧。第二阶段，将温度升高到900℃后关闭气体燃料供应。结果表明，包装材料和建筑材料的燃烧时间相似，而生物质材料的燃烧时间取决于样品的质量，与样品材料类型无关。
[Meng等]提出了一种新型的流化床模型，对碳纤维循环流程进行了生命周期分析。结果表明，单位床面积的进料速率是实现高效、节能碳纤维回收的最主要因素。并发现和生产原始碳纤维相比，回收碳纤维所需的能量更低，且操作条件较稳定。
1.2.3 微波辅助热解
微波辅助热解的主要优势是从核心开始加热，热传递较快，进而减少能量的耗费，达到节能的效果，并且回收的纤维比传统热解法的更纯净。微波辅助热解是在惰性气体中对复合材料进行加热，将基体分解成液体和气体，回收其中的纤维和填料。微波热解中波的频率位于红外和射频之间，常用的微波频率分别为915MHz和2.45GHz。
[Deng等]分别采用微波辅助热解和传统的两步热解法回收CF增强复合材料中的CF。结果表明，采用传统的两步热解法，CF回收率为93.47%，使用微波辅助法时，CF回收率为94.49%。微波辅助热解温度比传统方法低50℃，且微波辅助热解的时间仅为传统方法的12.7%。因此，微波辅助热解法相较于传统热解法，具有回收速度快、回收率高、能耗低等优势，且微波辅助热解在未改变CF化学键类型的情况下降低了CF的石墨化度。同时，[Deng等]还对微波辅助热解和传统热解对废弃CF增强复合材料中环氧树脂的降解及碳纤维的回收进行了对比研究。结果表明，利用微波辅助热解回收CF具有更广阔的前景，与传统热解法相比，热解时间缩短了56.67%，回收率提高了15%。
[Moraes等]研究了GF增强复合材料的微波辅助热解及用回收GF制备复合材料的可行性。结果表明，在热解过程中，平均质量损失率为68%；与原始GF相比，回收GF制备的复合材料拉伸强度降低了76%。该研究表明，回收GF不具有足够的机械强度制备高质量复合材料，但提供了大量低质量GF，可用于制备对机械强度要求不高的复合材料。在使用回收纤维制备复合材料的基础上，[Shen等]对使用微波辅助热解法回收的RWTB中的CF进行了改性研究。结果表明，微波辅助热解回收CF的碳结构未被破坏，改性处理后纤维与基体之间的界面增强，复合材料热性能显著提高。[Chen等]使用微波辅助热解回收CF并使用回收CF增强热塑性树脂，研究其热性能。结果表明，在精确控制的微波条件下，树脂几乎可完全热解而不破坏纤维结构，并且使用回收CF制备的复合材料热性能优于原始CF。
使用热解法回收RWTB，可以将其中的增强纤维和基体等彻底分离，最终产物为纤维、填料、油分和热解气。在热处理之前，同样需要对RWTB进行机械破碎处理，因此热回收法包括机械回收法并有更多的步骤。不同的是，热回收法需要的机械处理不像机械回收法那样精细，因此可以保留较长的纤维，并且在热回收处理前，需要清楚叶片的具体成分信息，不同的基体其热解温度不同。通过该方法获得的回收纤维机械强度严重下降，需要后期进行额外处理，以提高纤维的强度。并且相较于机械回收，热解回收会消耗大量的能量，还需要严格的实验条件。回收纤维比原始纤维所需成本更高，缺乏成本竞争力，不适用于大规模回收。
1.3 化学回收
化学回收是通过各种化学反应将废弃聚合物转化为单体或部分解聚为低聚物的过程。在进行化学处理之前，首先将废弃聚合物进行机械研磨从而获得更大的表面积。化学回收法由于其需要使用溶剂并对实验条件要求较高，是一种较复杂并且成本较高的回收方法，该方法通常用于回收价值较高的CF增强复合材料。使用化学法回收获得的纤维受损较少，且杂质更少。
1.3.1 溶剂回收
溶剂回收是通过聚合物和溶剂进行化学反应解聚或破坏聚合物的化学键，影响分解过程的主要因素为反应时间和溶剂浓度。目前主要使用的溶剂为水、醇(甲醇、丙醇、乙醇等)、酚、胺等。水因其环保且稳定，是最常用的溶剂，有时也会与其他共溶剂混合。一般常与碱性催化剂一起使用，当聚合物难以降解或反应温度较低时，会使用酸性催化剂，如图3(a)所示为溶剂回收示意图。
图 3 (a) 溶剂回收示意图；(b) 回收制备流程图
[Liu等]使用N-甲基-2-吡咯烷酮为溶剂回收CF/聚醚酰亚胺(PEI)复合材料中的树脂材料，回收制备流程如图3(b)所示。[Rijo等]通过在95℃下硝酸催化水解回收增强环氧复合材料的碳纤维，研究了硝酸的浓度、复合材料/溶液的质量比及紫外线处理(UVB)照射的循环次数等操作条件对实验的影响。结果表明，高浓度硝酸会损伤回收碳纤维的性能，硝酸浓度和UVB都促进了碳纤维表面氧化。[Cousins等]使用三氯甲烷为溶剂回收RWTB中的GF，研究了回收GF的回用性能。结果表明，树脂去除率达98%，抗拉强度与原样持平，回收纤维的刚度仅降低了12%。经济分析表明，回收GF在经济上是可行的。对于CF复合材料，该工艺经济可行性可提高3~6倍。
为了提高降解速率，[Česarek等]以HCl作为催化剂，在微波辅助下进行脂肪族聚酰胺 (PA) 的水解。结果表明，水解速率主要取决于PA的类型、HCl/PA的摩尔比及添加剂的种类和含量。在100℃和1.25的摩尔比下，PA66能在10min内完全转化为单体。同时，[Rani等]研究了微波辐射下H2O2与乙酸对RWTB的降解。结果表明，复合材料最大分解率为97.2%，微波功率和时间为700W和180s时，获得纤维质量最佳，与原始GF相比，回收纤维拉伸强度和杨氏模量略有下降。
[Zhao等]提出了一种简单、绿色环保的方法，利用乙醇胺和氢氧化钾的混合溶液对酸酐固化的环氧基CF增强复合材料进行化学回收。结果表明，回收CF较纯净，并保持了95%的原始硬度和强度。此外，使用简单的蒸馏就可以从降解的产物中回收过量的乙醇胺和环氧树脂。
1.3.2 超临界流体回收
使用有害的化学物品存在一定的危险性，并会对环境产生危害，因此提出了超临界流体的方法。高于临界温度和压力的流体被称为超临界流体，处于气液不分的状态，黏度低、密度大，具有良好的流动、传动和溶解性能。
[Kim等]使用超临界水降解CF增强塑料，并使用回收CF制备导热导电CF复合材料。结果表明，环氧树脂去除率高达99.5%，当回收碳纤维添加量为5wt%时，制备的复合材料的热导率为(1.35±0.05)W/mK，电导率为11.23×10−6 S/cm。[Jiang等]使用超临界正丙醇从CF增强环氧树脂复合材料中回收CF并测试其性能。检测发现，回收碳纤维的拉伸强度和模量非常类似于相应的原样碳纤维。但其表面氧浓度显著降低，导致与环氧树脂的界面剪切强度降低。[Keith等]使用超临界丙酮/水共混溶剂回收碳纤维增强复合材料并分析其反应动力学。结果表明，温度在320℃以上时，可以回收到纯净的碳纤维，实验最佳反应条件为：320~330℃、19.7~22.0MPa，在此条件下，树脂材料会在90~120min内完全降解。
[Mattson等]提出以亚临界水为溶剂的溶剂溶解/水热液化法回收RWTB。研究优化了在250~370℃和10~17MPa工艺条件下，使用催化剂(酸和碱)和添加剂(醇和乙二醇)的基于亚超临界水的溶剂溶解工艺。[Mumtaz等]进一步提出将亚临界水为溶剂的水热处理与氧化剂相结合，选择H2O2作为氧化剂，具体研究了反应温度、反应时间、压力、废液比和氧化剂浓度对RWTB降解的影响。研究表明最佳工艺条件为：250~350℃、30~90min、2~4MPa、5%~25%和15%~45%。作者还提出能耗是经济可行性的决定指标，因此对基于最大降解速率和能耗的实验方案进行了详细优化。
化学回收法可以获得更加纯净的纤维，并且还可以通过特定反应回收基体材料。与热回收法相似，在进行处理之前，需要对叶片进行机械破碎处理，粉碎的尺寸与反应速率及反应程度密切相关。同样的，通过化学回收法获得的纤维，其力学性能也有所下降，因此限制了其应用。大部分化学试剂的使用会产生有害物质，对环境及人体产生危害。并且化学试剂成本较高，使用条件较复杂，因此目前该方法在经济上不适用于GF制备的风电叶片回收，只适用于CF的回收，并且规模有限。
近年来，[Roux等]还开发了高压裂解法，通过脉冲放电粉碎回收纤维增强复合材料，高压裂解装置如图4所示。[Mativenga等]将高压裂解法 (HVF) 与传统机械回收法进行对比研究。结果表明，HVF生产的纤维更加纯净，平均纤维长度更长。HVF中的树脂残留量取决于电脉冲的次数，当脉冲数达到最高的2000时，树脂残留量最低。相较于其他回收方法，通过高压裂解法获得的纤维更长、更纯净，但同时也会耗费较高的能量。
图 4 高压裂解示意图
上述各种回收工艺各有其优缺点，但均未投入大规模产业化应用，纤维质量和回收成本是限制其应用的两大难题，各类回收工艺回收的纤维与原始纤维拉伸强度对比如表1所示，各类回收工艺能耗如表2所示。其中，机械回收法回收的GF强度保持率最高，且能耗较低；回收CF强度保持率普遍较高，化学法回收最佳，但能耗较高。
表 1 回收纤维相较于原始纤维拉伸强度
表 2 各类回收工艺能耗
2. RWTB回收应用研究
RWTB的回收应用研究可分为整体回收应用和材料规模的回收应用。整体回收应用如使用RWTB建造人行桥、输电线路、经济适用房、儿童游乐场和自行车棚等。该种RWTB回用方式的回用率可达到100%，并且工艺简单，成本低，但因其回用价值低、应用领域少等缺陷使其难以大规模应用，因此出现了材料规模的回用方式，本文主要分为填料化及原料化应用。
2.1 填料化
RWTB因其较高的机械强度，可作为石膏基或水泥基等建筑材料的填料。[Jo等]研究表明，聚合物混凝土比水泥基混凝土具有更高的强度，证明了纤维增强复合材料作为填料的可行性。将RWTB加入混凝土中，可以解决废料难处理的问题，减少其中沙石的用量，并且可以提高混凝土的强度，降低建筑材料的整体质量。
[Baturkin等]将RWTB加入混凝土中，并对其进行了全面表征，研究其对混凝土性能的影响。结果表明，RWTB对混凝土的力学性能有负面影响，但去除其中木质部分后，可以获得满足抗压强度的混合物，并且抗弯强度提高了15%。[Oliveira等]将RWTB加入混凝土中，用以替代其中的沙子。结果表明，加入废料后材料的抗压能力和抗弯曲性符合砂浆应用标准。与不添加废料的样品相比，废料含量为15wt%的样品比重降低了20%，可以证明废料的加入有助于降低建筑结构的总质量。[Yazdanbakhsh等]将RWTB机械加工成细长元件，研究其对混凝土的增强效果。结果表明，细长元件的加入对混凝土的抗压、抗拉和抗弯强度没有显著影响，但其韧性从初始的1.2 J/cm2增加到33.3 J/cm2，显著提高了混凝土材料的抗冲击性能。
除了混凝土之外，[杨立琳]还使用RWTB作为石膏基复合材料的填料，制备了RWTB再生纤维石膏基复合材料，并使用盐酸多巴胺、2, 5-二羟基对苯二甲酸、3, 4-二羟基苯腈和3, 4-二羟基肉桂酸作为改性材料进行改性处理。结果表明，当废弃纤维添加量为0.9wt%时，抗折强度提升了53%，抗压强度提升了25%。盐酸多巴胺和3,4-二羟基苯腈聚合改性的效果最佳，当添加纤维量为2.5wt%时抗折强度提升38%，抗压强度提升15%。[Lan等]将RWTB加工成粉末(>0.075 mm)和纤维(<0.075 mm)，探究其对沥青混合料性能的影响。结果表明，RWTB粉的加入提高了沥青混合料的抗车辙变形能力和低温抗折能力。RWTB粉和纤维协同添加能进一步改善沥青砂浆的微观结构，提升其强度和变形性能。[Plawecka等]使用机械研磨法对RWTB进行分解作为矿物聚合物复合材料的填料，并且分析了其中有机和无机物质的含量。结果表明，RWTB中含有Si、Ca、Al和O等元素。当加入RWTB作为填料时，复合材料的性能有所降低。
2.2 原料化
RWTB的高值化利用一直是各国专家学者研究的热点，但目前并没有成熟的技术。使用RWTB作为第二代复合材料的原料，可以提高RWTB的回收价值，减少复合材料中原始GF/CF的使用，降低产品的生产成本。
[Liu等]对比研究了回收树脂与原始树脂制备的复合材料的各项性能，回收树脂制备的复合材料拉伸强度降低了8%，拉伸模量相似，弯曲强度降低了10%，SEM显微分析表明，纤维表面被树脂牢固地覆盖，纤维与基体之间结合良好。[Moslehi等]利用机械回收的GF与聚乳酸(PLA)混合制备复合材料，并采用偶联剂改善其界面性能，提高力学性能。实验证明，增韧剂和硅烷偶联剂的使用使复合材料强度提高30%，断裂伸长率提高了3倍。
[Beauson等]开发了一种真空灌注的装置，用3种不同粒径大小(原样、粗粒、细粒)的RWTB颗粒进行复合材料的制备。结果表明，实验中最佳刚度为4.0~5.8GPa，该模型使用0.32的既定纤维取向系数进行预测，发现纤维在2D面内和3D面外方向都有取向，实验表明：15~29MPa范围内的实验强度明显低于81~118MPa范围内的理论预测。根据对复合材料断裂面上的大纤维和基体之间脱粘裂纹的观察，表明复合材料的低失效强度和应变是由于RWTB颗粒和新聚酯基体之间的结合不充分而产生的。[Rahimizadeh等]提出了一种将机械回收和3D打印相结合的系统方案，用来回收RWTB，并且在熔丝制造过程中重新使用，以提高3D打印部件的机力学性能。实验利用双重筛分机结合机械研磨来回收纤维，利用回收纤维和PLA制备了试样，对其力学性能和内部微观结构进行研究。结果表明，纤维含量为5wt%时，试样的拉伸强度和拉伸模量较纯样提高了10%和16%。
综上，填料化是目前研究较成熟的利用技术，其工艺简单、成本较低，缺点是其回用价值较低。原料化利用是在热解回收和化学回收的基础上，对原料进行针对性利用，可以将回收材料的价值最大化。但目前最大的缺点是回收材料的成本较高、材料质量较低，是限制其规模化应用的主要因素。
结语
随着第一批风力发电装置使用寿命的到期，退役风电叶片(RWTB)成为我国急需解决的大型固体废弃材料。但目前国内并没有成熟的处理技术，也缺乏相关的系统性研究，主要的处理方式为填埋、焚烧，这种处理方式会造成严重的环境污染及大量的资源浪费。风电叶片含有大量玻璃纤维(GF)/碳纤维(CF)及热固性树脂，其价值高、强度大，在材料领域中资源化、高值化利用的潜力巨大。
在现有RWTB 回收技术的研究中，3种技术各有其优缺点，但均未投入大规模产业化应用，纤维质量和回收成本是限制其大规模产业化应用的两大难题。在RWTB回用方面，目前研究多作为填料，该方法是风电叶片回收利用的可行途径，但较低的回收价值限制了其规模化推广；而作为二代复合材料原料，由于回收纤维的性能较差、成本过高，限制了其应用。为加快RWTB回收应用领域的产业化进程，未来研究可侧重于以下几个方面展开。
(1) 回收高质量纤维及低质纤维改性增强。现有回收工艺所获得的回收纤维强度较原始纤维有明显降低，限制了其应用领域，导致其回收价值降低。后续研究应着眼于改善回收工艺以获得高质量纤维，或对回收的低质量纤维进行改性处理，提高其强度，拓宽其应用渠道，提高回收价值。
(2) 进一步优化回收技术，全系列分类回收。现有回收技术中，主要针对RWTB中的纤维，少数专家学者对树脂基体的回收进行了研究，但对其余材料如芯材、结构胶等考虑较少。后续研究中，应在优化纤维回收技术的同时，注重对其余材料回收应用技术的探索研究，实现RWTB的100%回收利用。
(3) 降低工艺能耗成本及减少危废排放。在回收过程中，热解回收能耗较大，化学回收所需试剂成本较高，缺乏成本竞争力，限制了其在商业领域的应用。并且化学回收过程中，会产生大量的有害物质，污染环境，不符合国家绿色发展的战略要求。研究开发低能耗、零污染的回收工艺，对实现RWTB产业化应用具有重要意义。
(4) “多措并举”的梯级利用及尽可能避免出现二次废弃物的“高效规范全利用”。在RWTB的回收应用方面，填料化与原料化协同使用，争取达到零废弃排放，如原料化前端所产生的部分废弃物也可作为复合材料的填料/增强体。在现有研究基础上，开发填料化的高价值应用，研发原料化应用的新途径，探索RWTB的回收应用新领域及新方法，实现RWTB高值化、高效化、规范化、绿色化及产业化发展。
来源：ZHANG Xiaolin, YANG Menghao, CAO Jing, et al. Research progress of decommissioned wind power blade resource utilization technology[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2024, 41(3): 1194-1205. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20231019.001
