【新观察】

破壁图新 解锁风电叶片固废循环新赛道

作者:本报记者 沈 佳

初秋的三晋大地,晋北高原风劲气足。漫山遍野的风力发电机高耸矗立,巨大的叶片迎风轮转,持续将风能转化为清洁电能,成为我省能源革命综合改革最鲜明的绿色标识。风力发电机组被形象地称为“白色巨人”,这些巨大的风电叶片寿命仅有20年左右,2025年前后,我国将迎来第一波报废潮。中国科学院山西煤炭化学研究所研究员侯相林、邓天昇科研团队精准锚定行业痛点,深耕热固性树脂定向化学解聚技术,突破传统回收“只碎不精、只取其一”的技术瓶颈,以温和精准的化学手段,实现退役风电叶片全组分、高品质、高附加值回收再生,让这种曾经无人接手的风电固废,变身新材料产业链的优质原料,为全国新能源固废循环利用打造可复制、可推广的山西科创样板。

产业困局

绿色风电背后的固废治理短板

风电叶片的核心材质是纤维增强环氧树脂复合材料,这种材料既坚固又耐用,成型后就无法重塑,所以被叫做“终极材料”,也因不溶不熔、难以降解,成为固废处理领域的“硬骨头”,其主要成分是60%-70%的玻璃纤维和20%-30%的环氧树脂,几乎不可能自然降解。若填埋会释放有害物质,焚烧则产生有毒气体。如何实现绿色无害化回收,成为风电行业乃至环保领域的迫切需求。

“随着风机‘退役潮’的到来,大规模回收风电叶片里的复合材料的进程应该加快。”侯相林表示。“发的是绿色电,留的是顽固废”,这是长期困扰风电全产业链发展的行业悖论。随着山西风电产业存量规模持续扩大,大同、朔州等风电核心产区,大量巨型退役叶片堆积场站、无处安置,不仅占用生产场地,每年还需投入大量资金用于管护、转运、处置,成为风电企业降本增效、产业实现全生命周期绿色发展的最大堵点。放眼全国来看,风电固废高值化循环利用技术普遍滞后于产业发展速度,“重装机、轻回收、重利用、轻处置”的行业现状难以扭转,低端处置、资源浪费、环保承压的恶性循环久治不愈,补齐风电固废资源化短板,成为全国新能源产业转型升级的迫切刚需,也是我省能源革命必须攻克的关键课题。2022年前后侯相林、邓天昇带领的复合材料专项课题组站在了艰难的十字路口。他们深耕复合材料回收领域,不仅面临重大纵向项目长期缺位的问题,还缺少持续的企业合作经费保障,不少实验难以继续开展,团队骨干渐渐出现动摇。

这支科研团队不断分析宏观政策、行业远景,持续打气。与此同时,业界源源不断的咨询与关注,让团队看到了技术的实际价值。整个团队咬牙坚持攻关,突破传统回收技术瓶颈,创新探索出热固性树脂定向化学解聚新路径,成功将废弃风电叶片转化为高附加值新材料。望着远处山巅连绵的风机,侯相林深有感触地说,“我们搞好这项研究,就是要补齐风电产业链上的‘最后一块短板’,既要用好风能,也要妥善处理好它的‘身后事’,让‘白色巨人’从诞生、服役到退役再生,全生命周期实现绿色低碳。”

科创突围

十年攻坚解锁分子级再生核心技术

直面行业共性难题,侯相林、邓天昇科研团队跳出传统固废处置思维桎梏,以基础研究破局产业痛点,用持续攻坚突破国外技术壁垒,破解了风电叶片“难拆解、难再生、低价值”的行业难题。

走进中国科学院山西煤化所山西省风电树脂材料循环利用技术创新中心,精密的实验设备有序运转,科研人员紧盯反应釜参数、配比催化试剂,一场精准的“分子级拆解”实验正在稳步推进。不同于粗放的传统固废处理模式,这套自主研发的再生技术,主打温和、精准、无损的绿色处理理念。

“风电叶片的结构和钢筋混凝土高度相似,纤维是骨架,树脂是粘结固化材料,高温固化后形成稳固交联结构,普通物理手段根本无法实现完整分离。”侯相林手持退役叶片试样,直观解读技术难点,“传统回收技术都是‘破坏性回收’,要么碎料低值利用,要么高温焚烧损耗资源,纤维、树脂两大核心成分无法同步回收,资源利用率不足三成。”

瞄准技术短板,科研团队前瞻性布局赛道,在行业尚未重视叶片退役问题之时,提前预判产业发展趋势,锚定“全组分回收、高附加值再生”核心目标,开启十年磨一剑的科研攻坚之路。邓天昇回忆道,“小众冷门的研究赛道、尚不迫切的市场需求、反复失败的实验数据,成为团队初期攻坚的常态。无数个深夜的实验室里,仪器持续运转,科研人员反复迭代催化配方、调试反应参数,在海量试错中寻找技术突破口。”

历经数千次实验迭代,团队最终攻克核心技术瓶颈,研发出适配两类主流风电叶片树脂体系的差异化催化工艺。整套技术无需超高温、强外力破坏,在温和可控的反应环境中,可精准切断环氧树脂特定化学键,在完全不损伤纤维骨架的前提下,实现树脂与增强纤维的高效分离。

密闭的反应设备内,废旧叶片试样逐步分层解离,洁净完整的高强度纤维无损回收,液态精细化工原料分层留存,全程零粉尘、零废渣、零废气。经权威检测,该技术树脂降解率超99%,纤维回收率达96%以上,再生纤维强度保留率超95%,各项指标均远超行业标准,彻底颠覆了风电固废低端处置模式。“让人激动的不仅是亮眼的数据,还是我们坚持多年的科研思路被证明完全可行。”侯相林说。

十年深耕、久久为功,团队彻底突破热固树脂化学解聚技术瓶颈,构建起拥有完全自主知识产权的化学解聚技术体系,用原创性科研成果,解决了行业数十年未能破解的技术难题,为风电固废从“无害化处置”向“高值化再生”跨越提供了核心技术支撑。

三晋实践

科创落地构筑能源转型绿色闭环

核心技术的价值,最终在产业落地中彰显。2025年,依托山西能源革命综合改革试点政策优势,这项原创性核心技术成功入选省级重大专项“揭榜挂帅”清单,顺利走出实验室,在晋北大地落地产业化示范项目,构建起可复制、可推广的风电固废循环利用山西样板。

在山西省安装集团股份有限公司晋北风电固废资源化利用示范基地,千吨级自动化示范产线已开始建设。整洁规范的生产车间内,叶片切割预处理、精准催化解聚、固液高效分离、产物提纯再生、物料循环回收各工序将无缝衔接、闭环运行,彻底告别传统固废处理车间脏乱差、高污染、高能耗的弊端。“这是公司未来重点布局的发展方向,我们对项目前景充满信心。”公司新能源与固废处理领域负责人赵文婧说。

依托煤化所核心技术,废旧风电叶片实现全组分“变废为宝”。经过整套工艺处理后,再生玻璃纤维、碳纤维性能稳定、品质优良,可重新应用于新型复合材料、高端建材、户外新能源装备制造领域;降解产出的芳香多元醇、甲基四氢邻苯二甲酸酐等精细化工中间体,可直接回流至树脂、防水材料、弹性体生产产业链,实现资源闭环复用。

“以前退役叶片是企业的负担,处置只花钱、无收益,现在通过新技术处理,固废变成了优质原料,实现了反向增值。”项目合作企业负责人介绍,这条千吨级示范产线每年可处理退役风电叶片1000吨,可完全覆盖区域内数十台风机报废构件的处置需求,同时可兼容处理风电生产、运维全过程产生的边角料、残次品固废,实现风电全产业链固废综合治理。眼下,科研团队正全力构建复合材料全生命周期绿色循环体系,践行“材料从哪里来、回到哪里去”的循环理念。邓天昇介绍,团队持续优化技术,推动回收后的玻纤、碳纤、树脂全部回流风电、新能源原生领域,同时将技术覆盖风机机舱罩、碳纤维主梁等全品类风电复合材料部件。

作为全国能源革命综合改革试点先行区,我省立足新能源产业发展全局,以科创赋能补齐产业链短板,构建起“物理提质+化学增值”的双向固废治理新模式,彻底打通风电产业全生命周期绿色发展链条。提前布局叶片固废再生产业,不仅有效化解了风电退役潮带来的环保压力、处置压力,更培育出循环经济全新赛道,为全省新能源产业提质增效、绿色转型注入新动能。

风润三晋,绿动未来。从实验室的分子级科创突破,到产业化的规模化落地应用,我省科研人员以十年科研坚守、硬核科创力量,破解了全国风电产业的绿色发展难题。如今,三晋山川的白色风机依旧迎风逐绿,曾经困扰行业的固废顽疾彻底破壁再生。