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重大突破！歐洲七巨頭，打造100%可回收風電葉片
導讀：ZEBRA項目于2020年9月啟動，是由法國研究機構IRT Jules Verne牽頭的一個特殊合作伙伴組織，匯集了阿科瑪、CANOE、ENGIE、LM風電、歐文斯科寧和蘇伊士共七家企業。
【塑料機械網 塑料時訊】12月20日，阿科瑪宣布其參與的ZEBRA - 零廢葉片研究聯盟(ZEBRA-Zero wastE Blade ReseArch)近期完成了首個可回收風電葉片的全尺寸驗證測試，并生產了第二個可回收的熱塑性樹脂葉片。
ZEBRA項目于2020年9月啟動，是由法國研究機構IRT Jules Verne牽頭的一個特殊合作伙伴組織，匯集了阿科瑪、CANOE、ENGIE、LM風電、歐文斯科寧和蘇伊士共七家企業。它的目的是展示全尺寸熱塑性風力渦輪機葉片的技術、經濟和環境相關性，并采用有利于回收的生態設計方法。
ZEBRA可回收葉片
可回收的熱塑性樹脂葉片由LM風電公司在西班牙卡斯特利翁的葉片工廠制造，葉片長77米，采用了阿科瑪的可回收熱塑性液態樹脂Elium®及其子公司Bostik的粘合劑。值得一提的是，該ZEBRA葉片是世界首次在葉片的結構重要組件剪切網中使用回收的Elium®樹脂。
Elium®液態樹脂是阿科瑪熱塑性基體系列產品，適用于制造多種復合材料部件。對比環氧樹脂，該熱塑性產品可在室溫下快速固化，此外還可通過物理或化學工藝實現循環利用。
從性能來看，據美國可再生能源實驗室等對小型葉片樣品測試結果顯示，Elium®樹脂可提供了與熱固性樹脂相當的機械性能，例如玻璃纖維/Elium®葉片具有與環氧樹脂葉片類似的剛度，其結構阻尼是環氧葉片的七倍。
國內方面，今年11月14日，中材科技使用阿科瑪Elium® 樹脂制作的近百米級熱塑性復合材料風電葉片成功下線，該葉片刷新了全球熱塑性復合材料風電葉片長度記錄。
化學回收方法可回收基于Elium®的復合材料組件
Elium®液態熱塑性樹脂和歐文斯科寧的新型高性能玻璃織物相結合，尤其適合通過樹脂灌注制造大型部件。由此得到復合材料具有與熱固性樹脂相似的性能，又具有可回收的獨特優點。
使用先進的化學回收方法可回收基于Elium®的復合材料組件，此方法能夠完全解聚樹脂，從樹脂中分離纖維，回收新的原料樹脂和高模量玻璃，可供立即重復使用，實現循環。
此方法由阿科瑪與CANOE合作開發，在所有復合材料部件上進行了試驗，包括生產中產生的廢物。歐文斯科寧還負責研究通過重熔或在各種應用中重復使用進行玻璃纖維回收的解決方案。除了材料試驗和工藝試驗，這些企業進一步利用自動化開發和優化制造工藝，減少生產能耗和浪費。
風電葉片的回收再利用
風電葉片剪切網通常位于葉片內部，沿著其長度方向連接葉片的前緣和后緣，起到加強葉片結構、承受風力等外部負載的作用。
風電葉片內部結構圖 圖源：網絡
隨著風電行業的快速發展，退役風機材料回收和再利用逐漸成為了一個迫切問題。這其中處理起來最為棘手的部件，當屬葉片。
風電葉片一般是由金屬、玻璃纖維、碳纖維、樹脂等構成的典型熱固性復合材料。由于熱固性樹脂結構十分穩定，一般需要高溫處理才可分解，其回收目前主要可分為機械切碎、熱解、化學分解等方法，但目前從商業化角度來看上述方法仍存在回收材料性能降低嚴重、回收能耗高、污染大等痛點，不容易用于處理葉片這類大型部件。目前針對可商業化、高效、低碳回收方法的研究也是近年來回收領域的科研熱點。
從下游應用角度來看，目前全球多家研究機構和企業已投入相關回收材料應用技術的商業化推進。近年來典型的有包括英國復合材料協會以及挪威Aker Offshore Wind公司牽頭的玻纖熱解工藝商業化項目；西班牙塑料技術中心AIMPLAS牽頭的EROS復材回收技術研發項目；此外還有TPI復合材料公司專注于回收纖維短纖紗和紡織品；美國ST Bungalow公司開發了用于屋頂材料的回收玻纖復材組件等等。
受制于熱固性塑料的處理難度大，除了現有葉片的回收及再利用研究外，可回收熱塑性樹脂的推廣應用也是個熱點方向。
從市場來看，據12月21日國家能源局公布的最新數據顯示，2023年，我國風光總裝機量突破10億千瓦，規模逐年增長。按照陸上風機20年的使用壽命估算，預計在2025至2030年間，我國會出現第一波風機退役高峰。
歐洲方面，據歐洲風電行業機構發布的最新數據顯示，到2023年，歐洲約有4000臺風機面臨退役。到2030年，裝機容量達78吉瓦的風電機組運行年限將超過20年，進入退役期。美國方面，據美國電力研究所測算，未來30年風機葉片的報廢總量將超過210萬噸，全球市場前景可觀。
ZEBRA項目的參與者
ZEBRA項目的參與者橫跨了多個行業和領域，包括材料供應、葉片生產、風機運維、葉片回收。
阿科瑪帶來了旗下的熱塑性樹脂Elium。這款樹脂在解聚合或溶解后可實現循環利用。
CANOE帶來的是獨有的聚合物配方、碳纖維的研發技術和聚合物回收技術。CANOE推出了一種極具創新性的纖維增強丙烯酸復合材料溶解回收工藝，回收能得到高附加值的甲基丙烯酸甲酯單體和纖維材料。
ENGIE是風場運營公司、法國風電行業領導者，管理著總容量8.5GW的風場。ENGIE致力于通過再生技術的開發，加速零碳經濟的轉型發展。
LM風電是風電葉片的設計制造商，自1978年以來共生產了超過22.8萬支葉片。旗下參與ZERBA項目的Cherbourg工廠曾經生產過迄今為止最長的107m葉片。
歐文斯科寧是玻纖及復合材料的世界領導者，也是高模量玻璃技術的專利發明者，在過去十年中為風電行業的發展提供了很大的幫助。
蘇伊士公司專注于材料的環保設計和可回收技術的研發，幫助城市和工業管理者實現資源的可持續優化管理。
在ZEBRA項目下，LM風電將利用阿科瑪提供的Elium樹脂進行產品和工藝設計，生產兩支原型葉片，用于檢測復合材料的性能和量產可行性。與此同時，其他項目合作伙伴將專注于開發并優化自動化生產技術，減少生產過程中的能耗和產生的廢料。然后，參與各方將共同探索原型葉片材料回收，并轉化為再生新產品的路徑。最終，項目組將出具一份全生命周期分析報告，對未來熱塑性材料在風電葉片領域應用的經濟及環保可行性做出全面評估。
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