風力發電機葉片的壽命一般在20~25年，我國本世紀初新建的一批風電機組即將退役，再加上損壞的、生產葉片時的邊角料，全都面臨著回收困難。實現風電葉片全生命周期的綠色化、無害化，一直是風電全行業追求的目標。

　　科學院山西煤炭化學研究所侯相林研究員團隊經過十多年的潛心研究，掌握了“拆解”風機葉片主要材質——熱固性碳纖維樹脂復合材料的辦法，讓這種“頑固”固體廢料回歸本源，補齊了綠色回收關鍵的一環，教科書里的“終極”材料從此不再“終極”。

　　教科書里的“終極材料”

　　風機廠商在葉片外殼上常采用玻璃纖維增強樹脂，葉尖、葉片主梁則采用強度更高的碳纖維。這些高端材料結構極其堅固，而且空氣動力性好，可以把葉片做的更輕、更長，讓風機吸收更多的風能。

　　玻璃纖維增強樹脂在其中占比超約3成，屬于熱固性樹脂復合材料，相當于混凝土建筑中的填充物，葉片的其他部位采用的玻璃纖維（碳纖維）等材料，相當于混凝土中的鋼筋，占比約7成。兩者結合，堅不可摧。

　　熱固性樹脂有個外號，“終極材料”。它是一種高分子聚合物材料，在聚合過程后，這種交聯結構不能重復加工成型，所以回收利用幾乎是不可能完成的任務。

　　侯相林舉例時說，普通的熱塑性塑料比如農田里的地膜，自然降解需要200~400年，它的分子鏈為線型結構，而熱固性樹脂的分子鏈為體型網狀結構，是一個剛性的三維網絡結構。前者像竹竿，是線性的，后者像不銹鋼梯子，是立體的。以熱固性樹脂為基礎制成的復合材料單位密度只有鋼鐵的1/4，同等重量的材料力學性能卻是金屬的好幾倍。

　　“終極材料”的名頭可見一斑。

　　難以處理的固體廢物

　　從風電機組服役年限來看，到2025年左右，我國將迎來一大波風電葉片報廢潮。到2030年，我國將有超過3萬臺風電機組面臨換新，而到2035年這一數字將超過 9 萬臺……

　　而且今年受風電搶裝潮影響和原材料的限制，葉片市場甚至供不應求，回收這種高價值材料的技術需求越來越大。實現風電葉片全生命周期的綠色化、無害化，一直是風電全行業追求的目標。

　　以侯相林為團隊負責人的山西煤化所311課題組多年來瞄準對熱固性樹脂開發利用方向，產出一系列研究成果及技術，蘊含了多項國際技術，形成了一套極具競爭優勢的化學降解綜合開發工藝。“就在這幾年，國內在本世紀初裝機的一大批風電機組也面臨著大規模集中退役，回收風電葉片里面的復合材料應該提上日程了”，侯相林開展這方面的研究領域遠遠早于葉片大規模退役的時間，“國外研究團隊也在開展相關研究，但是沒有任何一個公司能夠實現大規模的回收利用，明知道它有很高的價值，但是都一籌莫展”。

　　填埋不可降解，它會向大自然緩慢釋放少量的芳烴物質，焚燒更不可求，必然產生有毒氣體，唯有綠色回收利用一途。國內外有的企業想嘗試熱塑性樹脂代替熱固性樹脂制造復合材料，有的企業只能回收復合材料里的一部分玻璃纖維，但是風電行業相對來講是一個新興行業，在風機葉片的實際處理方面經驗很少，真正想要做到產業化，有人預測還需要20年以上的時間。

　　2020年9月1日，《共和國固體廢物污染環境防治法》頒布實施。新法明確表示，產生工業固體廢物的單位應當根據經濟、技術條件對工業固體廢物加以利用。愈發收緊的固廢處理政策，給專業從事固廢研究的侯相林團隊提供了一個契機。

　　國內諸多風電機組制造企業為了處理好生產加工葉片廢料，拿出3000元/噸的左右的處理費委托給專業公司，而承攬這些業務的公司，僅僅只是將它切割破碎，將塑料和木質粉料按一定比例混合后經熱擠壓成型，制成板材，用于公園的板凳、圍欄。熱固性樹脂并沒有消失，所謂的“專業處理”也僅僅是半處理，而且給今后的回收造成了更大的困難。

　　侯相林團隊多年積累的以定向解聚技術為核心的一整套科研成果不僅可以高效回收難降解的材料，而且生產出大量高價值化學品，完成了風機葉片綠色回收利用的閉環。

　　“拆解”分子鏈

　　2019年開始，侯相林團隊成員鄧天昇、武少弟從十余種催化劑中挑選出性能優的催化劑，全新的催化體系在10Kg級別的高壓反應釜連續運行超過300小時，得到了試驗關鍵數據。2021年，“碳纖維增強環氧樹脂回收利用”項目，榮獲北京地區高校大學生優秀創業團隊三等獎。這項技術就是降解碳纖維增強環氧樹脂復合材料，致力于從風機葉片中回收高價值的碳纖維。

　　碳纖維增強環氧樹脂的優點多、品質好，但是當回收這些材料時，優點全部變成了“絆腳石”。

　　侯相林研究團隊采用定向解聚法（化學解聚法）處理復合材料，通過特定的溶劑及催化劑體系，國內創了在較溫和的條件下將高分子在特定的鍵位“拆解”開，形成長鏈熱塑高分子或者樹脂合成單體。這一辦法也是學術界被普遍承認的實現循環經濟的好方法。

　　目前，絕大多數研究機構都未能將熱固性樹脂的化學降解實現產業化，研究成果多處于實驗室狀態。“我們在實驗室階段階段取得了一部分成績，現在正在準備進行中試放大，數據指標看，環氧樹脂降解率大于99%，回收率大于95%，碳纖維回收率大于96%，纖維強度損失小于5%，回收的碳纖維單絲強度指標、模量與原絲相差無幾。”侯相林表示。

　　回收的樹脂產物可制成環氧瀝青，進一步處理可以得到雙酚A等，每噸市場售價數千元乃至上萬元，高價值化學品使得回收技術“含金量十足”，預期經濟效益十分可觀。

　　從廢棄PET到纖維增強環氧樹脂，從纖維增強不飽和樹脂到乙烯基樹脂，從聚氨酯材料到密胺樹脂，以熱固性樹脂為主要回收對象的環保技術，在侯相林團隊的系列技術加持下，已經可以通過化學回收制備十余種高價值化學品。

　　侯相林表示，“經過十多年的專注科研，我們有信心與企業合作擴大生產規模，早日‘變廢為寶’，提取出更多有價值的化學品，創造更大的環保效益和經濟效益。”