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生物基树脂可用于可回收风力涡轮机叶片

文章来源：新能源网更新时间：2024-09-04 14:24:07

虽然风力涡轮机通过环保工艺发电，但这些涡轮机的巨大叶片一旦磨损，通常就会被送往垃圾填埋场。不过，由于一种新型生物基树脂可以将旧叶片分解并回收再制成新叶片，这种情况可能会有所改变。

虽然不同制造商的设计各不相同，但大多数风力涡轮机叶片都包含一个碳纤维"骨架"、一个轻木或膨胀泡沫塑料内芯以及一个玻璃纤维外壳。碳纤维和玻璃纤维都使用环氧热固性树脂将各自的纤维粘合在一起。

遗憾的是，一旦叶片达到其使用寿命的终点--大约 20 年之后，要将所有这些材料分离出来以便日后再利用就非常困难了。这主要是由于树脂不易分解，因此无法从中提取碳纤维和玻璃纤维。

虽然行业已经提出了一些试验性的叶片回收技术，但其中一些技术采用了苛刻的工艺，在商业规模上很可能无法处理，而另一些技术则降低了纤维的质量。因此，旧叶片通常被直接丢弃，或者最多被磨碎，用作水泥的填充物。

为了解决这一问题，美国能源部国家可再生能源实验室（NREL）的科学家们开发出了一种名为 PECAN 的替代环氧树脂。PECAN 是"PolyEster Covalently Adaptable Network"（聚酯共价适应网络）的首字母缩写，这种物质可以用废甘油或其他非食用糖等生物原料制成。

PECAN 树脂立方体，据说可用于现有工厂生产全尺寸风力涡轮机叶片 Werner Slocum，美国国家核能源研究所

在对小样本进行初步实验后，研究人员利用 PECAN 制作了一个 9 米（29.5 英尺）长的风力涡轮机叶片，该叶片由碳纤维撑杆帽、轻木芯和玻璃纤维外壳组成。

测试表明，这种叶片的抗拉强度与使用传统树脂制造的叶片相近，而且能够抵御恶劣天气。更重要的是，与其他一些用环保材料制成的实验叶片不同，这种叶片不容易出现一种被称为"蠕变"的现象，即叶片会随着时间的推移而变形。

这些测试完成后，PECAN 叶片被切割成方块，并对其进行一种名为"甲烷分解"的化学处理。

这一过程在 225 ºC (437 ºF) 的温度下大约六小时就溶解了树脂，使原始碳纤维和玻璃纤维得以完全恢复。用于硬化树脂的化学催化剂也被回收。此外，还回收了一种名为多元醇的化合物，这种化合物是树脂解聚过程中产生的副产品，可用于聚氨酯等塑料的后续用途。

NREL 高级研究员尼克-罗勒（Nic Rorrer）是该研究论文的共同通讯作者，他告诉我们，叶片所用材料的 80% （按质量计算）最终都被回收了。虽然进一步的研究可能有助于改变这种情况，但轻木的质量确实有所下降。

他说："可生物衍生或可回收的东西并不意味着它的性能会变差。这确实挑战了聚合物科学领域不断演变的观念，即不能使用可回收材料，因为它们会表现不佳。"

该论文最近发表在《科学》杂志上。

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