生物质树脂推动可回收风力涡轮机叶片制造方法进步
美国能源部国家可再生能源实验室 (NREL) 的研究人员找到了一条切实可行的途径，即制造可生物衍生的风力叶片，这些叶片可以通过化学方式回收，其部件也可以重新利用，从而结束旧叶片在使用寿命结束后被填埋的做法。研究结果发表在《科学》杂志上。这种新树脂由利用生物可衍生资源生产的材料制成，其性能与目前热固性树脂制成的叶片的行业标准相当，并且优于某些旨在可回收的热塑性树脂。
研究人员制造了一个 9 米长的叶片原型，以展示 NREL 开发的生物质衍生树脂 PECAN 的可制造性。PECAN 是聚酯共价适应网络的缩写，其制造工艺与当前方法相吻合。
在现有技术下，风力叶片的使用寿命约为 20 年，之后可以通过机械方式回收，例如粉碎后用作混凝土填料。PECAN 标志着一项飞跃，因为它能够使用温和的化学工艺回收叶片。
NREL 博士后研究员、新论文第一作者 Ryan Clarke 表示，化学回收过程允许叶片的组件被回收并反复使用，从而可以重新制造相同的产品。“如果做得好，这确实是一种无限的方法。”
他说，化学过程可以在六个小时内彻底分解原型叶片。
这篇题为“用于风力叶片回收的生物质衍生热固性材料的制造和测试”的论文涉及五个 NREL 研究中心的研究人员，包括国家风能技术中心和 BOTTLE 联盟。研究人员展示了 PECAN 叶片的报废策略，并提出了每个组件的回收和再利用策略。
NREL 机械和热力工程科学副实验室主任 Johney Green 表示：“用于开发可回收风力涡轮机叶片的 PECAN 方法是我们努力促进能源材料循环经济的重要一步。”
对 PECAN 树脂的研究始于最终结果。科学家们希望制造出可回收的风力叶片，并开始试验可以使用哪些原料来实现这一目标。他们使用生物衍生糖开发的树脂与传统观念形成了鲜明对比，即可回收设计的叶片性能不会太好。
“仅仅因为某种东西是生物可衍生或可回收的，并不意味着它会变得更糟，”《科学》杂志论文的两位通讯作者之一尼克·罗勒说。他说，其他人对这类材料的一个担忧是，刀片会受到更大的“蠕变”，即刀片随着时间的推移失去形状并变形。
“这确实挑战了聚合物科学领域不断发展的观念，即不能使用可回收材料，因为它们的性能会不佳或蠕变太多。”
由 PECAN树脂制成的复合材料能够保持其形状，经受住加速的耐候性验证，并且可以在与目前制造风力涡轮机叶片的现有固化周期相似的时间范围内完成。
虽然风力叶片的长度可以达到一个足球场那么长，但原型机的尺寸为这一过程提供了证明。
“在 9 米的规模下，我们能够展示在 60 米、80 米、100 米叶片规模上采用的所有相同制造工艺，”第二通讯作者罗宾妮·默里 (Robynne Murray) 说道。
更多信息： Ryan W. Clarke 等人，《用于风力叶片回收的生物质衍生热固性塑料的制造和测试》，《科学》（2024 年）。DOI ：10.1126/science.adp5395
期刊信息： Science
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