复合材料是由金属材料、陶瓷材料或高分子材料等两种或两种以上的材料经过复合工艺而制备的多相材料。复杂的工艺使各种材料在性能上互相取长补短,但同时也为退役后的复合材料高值化回收增加了难度。据统计,全球聚合物复合材料年产量超过1600万吨,目前保持着约8%的年增长率;我国2021年热固性纤维复合材料总量达到816万吨。但是,与该行业的快速增长相比,复合材料的回收利用现状令人担忧,每年废弃高达100万吨,回收利用率不足10%。在这种情况下,如何做好复合材料高值化回收,成为行业、企业关注的话题。
专家支招
近日,中国科学院院士、香港理工大学校长滕锦光提出:玻璃纤维增强复合材料每千牛抗拉承载力的碳足迹远小于钢,因此在建筑中增加使用纤维增强复合塑料将减少碳排放,回收废弃纤维增强复合材料是一种有效的减碳方式。
滕锦光认为,玻璃纤维增强复合材料在我国基础建设中运用非常广泛,但回收技术多年来进展缓慢,在国家“双碳”目标大背景下加快技术研发,早日实现技术通关;但特别要注意风电叶片中的玻璃纤维如与水泥的碱骨料反应,须有充分基础实践和严谨数据论证,确保回收技术可靠性。
复合材料回收利用处置是风电设备全生命周期的最后一环,也是风电产业实现全过程绿色化的最具挑战性的关键一步。对此,中国农业机械工业协会风力机械分会常务副秘书长吕青源指出,2021年,我国风电新增装机容量5592万千瓦。相比2020年,新增装机量同比增长2.7%,保持稳健增长,截至2021年年底,我国风电累计装机量达34667万千瓦。在风电设备回收环节,风电叶片的回收极具挑战性,原因是风电叶片主要由复合材料制成。风电叶片基体材料主要为环氧树脂,玻璃纤维固化在纤维体中,这些聚合物在不可逆过程中发生交联。热固性树脂经过固化交联反应后,形成了不溶不熔的三维网状体型结构,化学性质较为稳定,将难以再熔化或重塑,给降解过程带来了较大的困难和问题。这类性能优异的复合材料,面临着回收工艺复杂、回收价值不高的难题。
中国物资再生协会纤维复合材料再生分会会长朱建勋谈到如何解决好复合材料高值化回收问题时表示,当前风电叶片的回收利用已经成为复合材料领域回收再利用的旗帜,但人们应该清醒地意识到,风电叶片的产量只占复合材料总量的7%左右,而其余的93%左右的复合材料在制造领域和应用领域产业的固体废物更应得到重视。
“目前,从各方面反馈的信息分析来看,2029年我国风电设备面临退役高潮期,现阶段不论是从回收技术、关键性设备及回收人才都严重缺乏,虽然关注度高,但是能实现产业化、高附加值的回收技术并不多。”中国物资再生协会纤维复合材料再生分会秘书长张荣琪表示。张荣琪认为,当前,回收企业普遍规模小、回收方式粗犷,令人担忧。
清华苏州环境创新研究院主任张亚新则认为,随着风电产业的发展及即将面临的大规模风电装备退役潮,我国针对这一产业的处置、回收技术标准和认证体系还存在较大缺口。搭建退役风电复合材料处置技术参数数据库、开展物质流和能量流分析意义重大。
企业实践
为复合材料固体废物寻找高值化利用方式的不仅有行业专家,还有企业,尤其是针对如何高值化利用复合材料固体废物问题,众多企业加入到了不断探索的队伍当中。
江苏华纳环保科技有限公司探索采用机械方法,结合原有复合材料性能研究方面的经验积累,研究叶片中各原材料的破碎粉碎技术、回收材料多尺度协同改性与高强度界面粘接技术及改性回收材料来制备高回收比例的高性能木塑板材,用于园林庭院等装饰装修需求,实现叶片废弃物的高效回收利用。
吉林重通成飞新材料股份有限公司研制的回收生产线可将纤维及不同材料进行有效分离,并将再生纤维应用到复合材料及建材产品中,可以实现大批量再生纤维的综合利用。
上纬新材料科技股份有限公司推出“EzCiclo易可收”可回收热固性树脂,用于复合材料的成型。
天津龙津环保科技有限公司将退役的叶片、机舱罩、轮毂罩等废弃物尝试应用于塑料填充母料,对热塑性产品进行改性应用。
广东省佛山市顺德区荔昌五金电子复合材料有限公司研发经理蒋四红提出了热固性BMC制品废弃物采用物理回收再利用方法,并将其再加工回收用作为BMC填充物料的使用进行研究,同时对破碎造粒使用中存在的一些问题进行改善,以及产品应用上的选择。
上海纤苏新材料科技有限公司在废纺增值利用新技术方面也做了很多探索。
(吴跃)