风力涡轮机的叶片通常设计为大约每 20 年更换一次。这意味着，随着风能变得越来越普及，越来越多的这些庞大的玻璃纤维结构将被丢弃，其中许多最终可能会被埋在地下。为了鼓励回收叶片，一个研究团队开发了一种粘合树脂——将纤维材料粘合在一起的成分——可以将其转化为更有价值的物质。
密歇根州立大学化学工程和材料科学教授约翰·多根说：“我们专门设计了一个考虑了报废的系统”，他参与了新树脂的开发。这种树脂在使用多年来加固风力涡轮机叶片或其他结构后，可以回收回另一个涡轮机叶片，或降级回收成可用于制造塑料产品的复合材料。它也可以被加工以生产更有价值的化学品：这些升级回收的选择包括防碎丙烯酸有机玻璃、尿布中使用的超吸收性聚合物和食品防腐剂乳酸钾——多根曾用它制作小熊软糖并吃掉。
风力涡轮机叶片通常长 170 英尺，大约相当于奥运会规格的游泳池的长度。但是，由于更大的涡轮机可以捕获更多能量，一些海上风电场正在投资更高的装置，这些装置可以配备几乎两倍长的叶片。当这些巨大的叶片损坏或达到使用寿命时，必须停止使用。专家估计，到 2050 年，每年可能会有超过 200 万吨的叶片材料退役。
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回收这些结构主要有两个障碍。“首先是它们非常大，而且注定非常耐用——在天气中持续 20 年或更长时间。因此，它们很难拆卸和移动，”国家可再生能源实验室的风能分析师奥布林·库珀曼解释说，他没有参与新树脂的开发。另一个问题是“它们是由尽可能低成本的材料制成的 [这些材料] 仍然可以获得您需要的性能。”为了获得最高的效率，风力涡轮机叶片必须既轻又坚固，因此工程师通常用聚合物树脂粘合在一起的玻璃纤维来制作它们。理论上，这种材料可以回收，但研究人员表示，由此产生的产品并没有特别的价值。“主要问题是：这样做根本不经济，”多根说。“将其埋在地下比将其再加工成有用的东西更便宜。”
为了解决这个问题，回收风力涡轮机叶片必须变得更容易且更有利可图。可再生能源行业的几家公司——包括西门子歌美飒、通用电气和维斯塔斯——正在努力解决这个问题，库珀曼说。“任何使回收变得容易，使回收成本降低的事情，都会增加更多回收发生的可能性，”她指出。
多根和他的同事决定开发一种新型聚合物树脂，这种树脂可以在使用时将大型玻璃纤维结构牢固地粘合在一起，并且在叶片退役时可以将其转化为各种产品。该团队通过将聚乳酸（一种从植物中提取的聚合物）溶解在称为甲基丙烯酸甲酯 (MMA) 的合成单体中，制成了一种糖浆状树脂。接下来，研究人员使用真空压力将树脂拉过玻璃纤维。在纤维浸渍液体后，树脂硬化，产生固体玻璃纤维板。相同的工艺可用于制造更大的结构，包括风力涡轮机叶片和船体。该团队本周在美国化学学会会议上展示了这项工作。
当需要回收他们的实验性玻璃纤维板时，研究人员有几个选择。其中一种方法是，他们可以将面板压碎并添加额外的聚合物，生产出可以通过注塑成型转化为其他物体的塑料材料。多根说，这种短纤维复合材料可能会成为计算机外壳或其他物体的基础，但不会特别有价值。另一种选择是用旧面板的残余物制造坚固的新面板：该团队将面板浸泡在 MMA 单体中，MMA 单体溶解了硬化的树脂——然后研究人员物理地移除了玻璃纤维。回收的“糖浆”用于制造新的玻璃纤维板，这些板具有与原始板相同的物理特性。
但剩余的树脂还有其他潜在用途。“如果能将风力涡轮机变成更有价值的东西，或者通过使用它来[制造高价值]产品，那将真正推动风力涡轮机的回收，”多根说。例如，将回收的树脂进行不同的化学反应，团队可以提取新的化合物。以这种方式产生的一种物质是聚甲基丙烯酸甲酯，一种丙烯酸聚合物，更广为人知的名称是有机玻璃。这种透明、防碎的物质被认为可以替代各种商品中的玻璃，从窗户到汽车前灯。在高温度下烹饪树脂会产生聚（甲基丙烯酸），一种用于尿布和其他产品中的超吸收性材料。稍微多加工一点就会产生乳酸钾，它被添加到各种食品中作为防腐剂。尽管多根确实用它制作了自己的小熊软糖，但他并不一定认为自制糖果是提高风力涡轮机叶片可回收性的主要方法。他的目标是通过改变态度来鼓励回收。
“我试图突破人们对回收的看法，”他解释说。“这关系到创造更多的选择，并让人们思考‘回收的真正限制是什么？’据我所知，还没有人将耐用的复合材料再加工成可以食用的东西。”