生物基樹脂可用於可回收風力渦輪機葉片
雖然風力渦輪機透過環保工藝發電,但這些渦輪機的巨大葉片一旦磨損,通常就會被送往垃圾掩埋場。不過,由於一種新型生物基樹脂可以將舊葉片分解並回收再製成新葉片,這種情況可能會有所改變。
雖然不同製造商的設計各不相同,但大多數風力渦輪機葉片都包含一個碳纖維”骨架”、一個輕木或膨脹泡沫塑膠內芯以及一個玻璃纖維外殼。碳纖維和玻璃纖維都使用環氧熱固性樹脂將各自的纖維黏合在一起。
遺憾的是,一旦葉片達到其使用壽命的終點–大約20 年之後,要將所有這些材料分離出來以便日後再利用就非常困難了。這主要是由於樹脂不易分解,因此無法從中提取碳纖維和玻璃纖維。
雖然業界已經提出了一些試驗性的葉片回收技術,但其中一些技術採用了苛刻的工藝,在商業規模上很可能無法處理,而另一些技術則降低了纖維的品質。因此,舊葉片通常被直接丟棄,或最多被磨碎,用作水泥的填充物。
為了解決這個問題,美國能源部國家再生能源實驗室(NREL)的科學家們開發了一種名為PECAN 的替代環氧樹脂。 PECAN 是”PolyEster Covalently Adaptable Network”(聚酯共價適應網絡)的縮寫,這種物質可以用廢甘油或其他非食用糖等生物原料製成。
PECAN 樹脂立方體,據說可用於現有工廠生產全尺寸風力渦輪機葉片Werner Slocum,美國國家核能能源研究所
在對小樣本進行初步實驗後,研究人員利用PECAN 製作了一個9 公尺(29.5 英尺)長的風力渦輪機葉片,該葉片由碳纖維撐桿帽、輕木芯和玻璃纖維外殼組成。
測試表明,這種葉片的抗拉強度與使用傳統樹脂製造的葉片相近,並且能夠抵禦惡劣天氣。更重要的是,與其他一些用環保材料製成的實驗葉片不同,這種葉片不容易出現一種被稱為”蠕變”的現象,即葉片會隨著時間的推移而變形。
這些測試完成後,PECAN 葉片被切割成方塊,並對其進行一種名為”甲烷分解”的化學處理。
這個過程在225 ºC (437 ºF) 的溫度下大約六小時就溶解了樹脂,使原始碳纖維和玻璃纖維得以完全恢復。用於硬化樹脂的化學催化劑也被回收。此外,還回收了一種名為多元醇的化合物,這種化合物是樹脂解聚過程中產生的副產品,可用於聚氨酯等塑膠的後續用途。
NREL 高級研究員尼克-羅勒(Nic Rorrer)是該研究論文的共同通訊作者,他告訴我們,葉片所用材料的80% (按質量計算)最終都被回收了。雖然進一步的研究可能有助於改變這種情況,但輕木的品質確實有所下降。
他說:”可生物衍生或可回收的東西並不意味著它的性能會變差。這確實挑戰了聚合物科學領域不斷演變的觀念,即不能使用可回收材料,因為它們會表現不佳。 “
該論文最近發表在《科學》雜誌。