eo能源词条｜什么是“零废风机”？

风电设备中的各类零部件主要由钢材、热固性复材、磁钢等组成，其中风电叶片类复合材料的处理是世界性难题。风电叶片因其材质及构造，退役后难以处理，掩埋和焚烧是最传统、最常用的处理方式。因复合材料类材质难以降解，严重污染空气、土壤和水资源等，这两种处理方式弊端明显，已被多数国家禁止。

当前，风机叶片主流回收方式有三种，包括机械回收法、热回收法和化学回收法。

机械回收法

机械回收法是通过切割、碾压等物理方法，将废弃复合材料切割破碎成小尺寸的碎片，并进一步研磨、筛分、过滤和收集得到富含基体树脂的粉末和短切纤维状产物，可用作新复合材料中的填料或增强材料。该方法的优点是工艺简单、成本较低。缺点是在回收过程中仪器设备损耗、纤维的结构损害都较大，整体经济效益和回收纤维再利用价值低。该类方法适用于低价值玻纤复合材料的回收，不适合高生产成本的碳纤维复合材料回收。

热回收法

热处理回收法是利用增强纤维的耐高温特点，将废弃复合材料进行高温降解，使得热固树脂分解为碳氢化合物、甲烷等气体以及低分子量的含碳物，得到的降解产物为油、气体和固体产物（纤维、最终的填料和焦炭等）。热处理回收的优点是工艺简单，缺点是整体回收效率低，耗能高，且在整个热解过程中大部分纤维损伤严重，不利于高价值碳纤维的回收再利用。

化学回收法

化学回收法是采用化学降解或化学溶解的方法，将废弃纤维增强热固性塑料中的交联结构断裂，去除纤维周围的树脂基体，实现纤维与树脂基体分离的目的。不同于热回收法，化学回收法只需在较温和的温度下即可完成树脂与纤维的分离，且回收的纤维表面树脂残留少，力学性能保持率较高。因此，化学回收法是最受关注且研究最多的回收方法。但具有侵蚀性的危险化学品对反应设备有很高的要求，安全系数较低，目前仍处在实验室阶段。

除采用物理或化学等方法实现叶片回收外，风电产业业内的整机龙头企业针对已经或即将退役的风机叶片提出了“零废风机”这一新的技术应用途径。

“零废风机（zero-waste wind turbines）”指的是在风机的生产、使用、回收、再利用以及复原的过程中保护材料和资源，从而实现退役回收时不再需要将风机叶片打碎进行焚化或填埋的技术路径，整个生命周期内不产生任何废弃物。“零废风机”可以实现对复合材料叶片回收并实现低级别产品二次生产，避免对叶片生产工艺进行大改造，这样既节省了工艺改造费用，也无需承担叶片材质变化导致质量问题的风险。

据公开资料，“零废风机”概念最早由维斯塔斯提出，其基本原理是打造和运行一条不产生废弃物的价值链，通过制定和实施新的废弃物管理战略，在价值链的不同阶段（从设计、生产、服务到寿命结束）引入循环经济方法来实现零废弃。

由于零废理念强调全生命周期和全产业链的零废弃，业内多家企业选择以联盟形式合作开发零废弃设备。2020年9月，法国研究机构IRT Jules Verne牵头成立了一个特殊合作伙伴组织——零废叶片研究联盟（ZEBRA，Zero wastE Blade ReseArch），该联盟汇集了特殊材料生产商阿科玛（Arkema）、CANOE，风电运营商ENGIE，风机叶片生产商LM Wind Power，复合材料公司欧文斯科宁以及苏伊士集团等七家企业。2022年，ZEBRA宣布联盟通过使用阿科玛的可回收热塑性液态树脂Elium树脂研发出其第一支100%可回收的风力发电机叶片。

根据目前的公开资料，可以看到现阶段“零废风机”的研发重点主要集中在叶片材料的技术攻关上，要实现整机的100%回收仍需要较长时间的优化和研发。维斯塔斯、西门子歌美飒等发布的“零废风机”计划基本将整机100%回收的实现时间定在2040年以后。

案例1：废弃风机叶片用于生产水泥——通用电气可再生能源公司与威立雅北美公司合作

基本情况：

2020年12月8日，美国通用电气可再生能源公司（GE Renewable Energy）与知名资源优化管理企业——威立雅北美公司（VNA）签署了一项多年期风机叶片回收利用协议。按照协议要求， GE公司在美国的陆上风电机组叶片将被回收并用于水泥制造的原材料。威立雅公司把从风机上拆除的叶片运送到密苏里州的工厂粉碎，将由玻璃纤维组成的叶片转化为原材料用于窑炉，取代制造水泥所需的煤、砂和粘土。

实施效果：

从效果看，无论在降低能源资源消耗，还是减少污染物和二氧化碳排放方面都表现良好。一是通过此过程回收的单一风机叶片重达7吨，超过90%的叶片材料都可被再利用：65%的叶片在水泥厂用作原料，28%转化为窑内化学反应所需的能量。二是可减少水泥转窑燃料和原材料消耗，包括近5吨煤、2.7吨二氧化硅、1.9吨石灰石和近1吨的其他矿物原料。三是与传统的水泥生产相比，此方法可以减少27%的二氧化碳排放量，以及13%的水消耗量。

案例2：碳纤维增强环氧树脂回收利用技术——中国科学院山西煤炭化学研究所

基本情况：

过往，国内大多数风机制造企业将叶片废弃材料转给相关回收企业进行物理化处理。但是，这种处理方式并不能将叶片的主要材质——热固性树脂复合材料彻底处理掉。中国科学院山西煤炭化学研究所的碳纤维增强环氧树脂回收利用技术利用定向解聚法处理复合材料，通过特定溶剂及催化剂体系，在较温和的条件下将高分子在特定的键位“拆解”开，实现了热固性树脂基复合材料的高效降解和全成分回收。

实施效果：

该技术可以在较温和的条件下实现树脂降解，耗能少；同时通过特定位点选择性断键，产物可控。通过该技术，实现了高价值碳纤维回收。从数据指标看，环氧树脂降解率大于99%，回收率大于95%，碳纤维回收率大于96%。

2020年4月，《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》发布。

2021年10月，国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》，提出完善废旧物资回收网络，推动再生资源规范化、规模化、清洁化利用。推进退役动力电池、光伏组件、风电机组叶片等新兴产业废物循环利用。

2022年1月，工业和信息化部等八部门印发《关于加快推动工业资源综合利用的实施方案》，提出推动废旧光伏组件、风电叶片等新兴固废综合利用技术研发及产业化应用，加大综合利用成套技术设备研发推广力度，探索新兴固废综合利用技术路线。

2023年6月，国家能源局印发《风电场改造升级和退役管理办法》，对风电场改造升级提出指导，规范了风机的循环利用和处置，提出加快构建风电产业循环利用新业态。

2023年7月，国家发展改革委等部门发布《关于促进退役风电、光伏设备循环利用的指导意见》，提出鼓励再生利用企业开展退役风电、光伏设备精细化拆解和高水平再生利用，重点聚焦风电机组中的基础、塔架、叶片、机舱、发电机、齿轮箱、电控柜等部件开展高水平再生利用。