科学家赋予难以回收的风力涡轮机叶片“第二次生命”

从强烈的紫外线辐射和极端温度，到阵风和雷击，风力涡轮机叶片的设计旨在承受一些最恶劣的环境条件。但这种耐用性在叶片寿命终结时反而成了问题，因为叶片同样难以分解和回收。

11月7日，中国研究人员在细胞出版社（Cell Press）旗下期刊Chem Circularity上报告称，他们发现了一种为废弃风力涡轮机叶片赋予第二次生命的方法。通过对叶片施加短暂的高强度热冲击，他们将废弃物转化为碳化硅和石墨烯。与传统回收策略相比，该方法可减少83%~92%的温室气体排放，同时还能盈利。

“风力涡轮机服役期通常约20年。随着老旧涡轮机退役，尤其是在风力发电迅速扩张的中国，大量废弃物最终被送进了垃圾填埋场。这是对资源的浪费。”论文通讯作者、中国清华大学环境学院研究员邓兵说。

该方法利用了叶片自身的化学成分。这些叶片通常由含二氧化硅的玻璃纤维和富碳聚合物树脂制成。研究人员采用一种名为闪速焦耳加热的技术，在数秒内将废弃物加热至约2000°C（3632°F）。在这一温度下，碳可以与二氧化硅反应生成碳化硅——一种坚硬且耐热的材料。与此同时，碳还可以重组为石墨烯，这种材料以其强度以及导热和导电能力而闻名。

研究人员发现，将分解后的叶片添加到其他材料中，可使这些材料在多种应用场景下更具实用性，包括用于制造新的风力涡轮机。仅添加按重量计0.3%的回收材料，就能使人造树脂刚度更高、强度更大，并使其抗变形能力在拉伸状态下提高27%，在弯曲状态下提高9%。在按重量计0.1%的浓度时，这些材料使树脂的热扩散率提高了41%，让热量能够更快地扩散。

“碳化硅和石墨烯的混合物可以重新掺入新风力涡轮机叶片的树脂中，从而改善其力学性能和热学性能。”邓兵说。

除了创造有价值的新材料外，这一工艺还可为传统回收技术提供一种更清洁、更经济的替代方案，例如热解——即利用热量将聚合物分解为油、气和化学溶解——使用溶剂从玻璃纤维中分离树脂。与热解和化学溶解相比，这一新方法可分别减少约83%和92%的温室气体排放。

“使用传统回收方法，你必须花钱来处理废弃物。但我们的方法实际上每吨可获利约80美元，因为回收得到的碳化硅和石墨烯很有价值。”论文第一作者、清华大学的毕皓说，“相比之下，热解每吨成本约为460美元，而化学溶解每吨成本约为1800美元。”

研究团队正在致力于将其工艺规模化，并希望与行业合作伙伴开展合作。他们的方法经过调整，还可用于处理航空航天、汽车制造、电子封装和建筑等领域使用的其他耐用材料。

“这不仅仅是回收，而是升级再造。”邓兵说，“我们正在把原本价值甚微的东西，变成价值高得多的东西。”

 阅读论文：https://www.cell.com/chem-circularity/fulltext/S3051-2948(26)00197-0了解更多最新研究，请关注Cell Press细胞出版社官方微信“CellPress细胞科学”