为了防止燃烧化石燃料引起的灾难性气候变化，许多政府和企业承诺到2050年只使用清洁能源。风能是实现这一目标的方式之一。然而， 将风转化为电的发电机叶片也有“寿终正寝”的一天。如何处理这些体积庞大的叶片成为行业头疼的问题 。
风机叶片的使用寿命通常为20-25年，这意味着全球自千禧年以来，数以万计的废旧叶片正迎来退役潮。根据彭博新能源财经(BloombergNEF)的数据，仅在美国，预计到2025年，每年将有大约8000个叶片被移除；欧洲处理这一问题的时间更长，截止2022年，每年约有3800个叶片被拆除。情况很可能会越来越糟——世界各地的风力发电机大多是在十多年前建造的，而当时的装机量还不到现在的五分之一。
风机叶片通常由玻璃纤维为主的复合材料制成，不可自然降解 。其回收技术难、成本高，因此，大部分退役叶片最终被焚烧或进入了垃圾填埋场。这种传统回收手段给环境带来的压力与日俱增，也削弱了清洁能源所倡导的可持续发展理念。
风力发电机在山坡上运转
摄影：Angel Garcia/Bloomberg
在前不久召开的美国化学学会(ACS)秋季会议上，密歇根州立大学的科学家们提出了一种创新方案来解决这一痛点。 该研究团队研制了一种新型风机叶片材料，据悉，这是一种易于回收的热塑性树脂，其制成的面板坚固耐用 。更重要的是，它在回收后不仅可用于制作新一代风机叶片，还能升级制成更高价值的产品，包括汽车尾灯、厨房水槽、尿布，甚至小熊软糖——在碱性溶液中消化热塑性树脂会产生乳酸钾，可以提纯制成糖果。“我们回收了食品级的乳酸钾，并用它制作了小熊软糖，我把它吃了。”参与这项研究的约翰·道根(John Dorgan)教授说。
道根在大会上表示， “这种树脂材料的奇妙之处在于，在使用周期结束后，我们可以将它溶解，并从它所在的任何基质中释放出来，这样它就可以在无限循环中反复使用，这就是循环经济的目标。”
风机叶片回收难 最大障碍在于经济性
一片常规的风机叶片的长度通常在170英尺（约52米）左右，相当于标准足球场的一半。由于更大的风力发电机可以捕获更多能量，一些海上风力发电场正在投资建造更高的装置，这些装置的叶片长度几乎是原来的两倍。随着风电产业规模的扩大以及机组大型化发展的趋势，未来退役后需要处理的废弃物规模也在不断扩大。“更大的风机叶片效率更高，所以公司一直在生产越来越大的叶片。”道根说， 风力发电场实际上会在旧叶片使用寿命结束前更换更大的叶片 。
欧洲风能协会(WindEurope)估计，全球每年约有14000个叶片退役。预计到2050年，全球所有退役叶片将高达4300万吨。中国每年叶片平均处理量在1000-2000吨之间。
自千禧年以来，中国风电产业迈入规模化发展快车道。截止2021年底，中国风电累计装机量达328GW，已连续数年保持全球装机量首位。根据国际环保组织绿色和平今年7月发布的《可再生能源零废未来：风电、光伏回收产业发展研究》，中国风电产业将在2025年迎来第一批大规模退役潮，退役规模将超过1.2GW；预计到2030年，每年退役风机规模将达到10GW左右；2030-3035年间，累计退役风机规模将超过100GW。
当前，世界各国回收风机叶片的主流方式包括机械粉碎法、热解法、化学降解法等，但实际应用上均未实现大规模推广 。国家可再生能源实验室(NREL)的风能分析师Aubryn Cooperman指出，回收这些叶片有两个主要障碍，“首先，它们非常大，而且非常耐用，可以保存20年或更长时间，所以很难拆卸和移动。”退役叶片的回收包括现场切割、运输、到厂整理、再加工等多个环节，而规模化风电项目多处于偏远地区，造成叶片处理和运输成本居高不下。另一个问题是，风机叶片之所以采用玻璃纤维和聚合物树脂来制作，就是为了尽可能降低材料成本，同时获得最大化的性能（叶片必须既轻又结实）。理论上，这种材料可以回收，但最终得到的产品价值并不高。“主要问题是，这么做根本不经济，”道根说，“直接把它埋在地下比把它重新加工成有用的东西更便宜。”
换言之， 风机叶片回收的最大障碍不在技术，而是经济性亟待提升 。由于回收综合利用的技术成本高、效益低，在缺少补贴等优惠政策支持的情况下，回收公司仅靠加工费和制成品的销售收入很难完全覆盖处置成本，导致企业参与积极性低，难以形成规模化利用能力，最终往往会选择简单的露天堆放、填埋、焚烧等处理方式。
在中国，随着第一批风机退役潮的到来，如何算好“经济账”也成为风能行业面临的关键问题。中国能源研究会能源与环境专业委员会秘书长王卫权表示，“在开发风电场初期，尤其是十多年前开发的风电场，业主在核算投资收益率的时候，基本没有考虑过废旧风机回收处理的成本。由于废旧风机回收处理问题目前刚刚显现，拆解一台或者报废一台机组究竟要多少钱，如今行业尚无定论，因此废旧风机回收工作的推进也就比较困难。”
开发创新模式 让退役叶片变废为宝
要解决这一问题，回收风机叶片必须变得更容易和更有利可图。
欧洲是全球风电发展最早、也是最大的风电市场之一。欧洲风能协会已提出倡议，到2025年欧盟和英国等禁止使用填埋方式处理退役的风机叶片，并呼吁政府部门鼓励可回收再利用材料的使用。该协会首席执行官Giles Dickson称， 风能行业正在与化工和复合材料行业合作开发回收叶片废物的技术，但要到2030年才能大规模全面部署 。
当前，包括西门子歌美飒(Siemens Gamesa)、通用电气(GE)和维斯塔斯(Vestas)在内的几家可再生能源行业巨头已着手开发创新模式，让退役叶片变废为宝。
以丹麦风机制造商维斯塔斯为例，该公司在2020年初创新性地提出了“零废风机”这一新的技术应用途径 ，即在风机的生产、使用、回收、再利用以及复原的过程中，充分保护材料和资源，形成一条尽可能不产生浪费的产业链。维斯塔斯宣称将在2040年前生产“零废风机”，并于2021年5月进一步公布了一项热固性环氧树脂复合材料叶片回收技术，该方案可以在风机退役后轻松回收叶片，用于较低级别产品的二次生产。维斯塔斯副总裁兼可持发展主管Lisa Ekstrand表示：“通过打造强大的回收基础设施来应对可再生能源行业的废弃物管理挑战，是紧迫而关键的问题。玻璃纤维回收方式现在已经到了可以迅速扩大规模的节点。”
维斯塔斯制造的海上风力发电机叶片
摄影：Chris Ratcliffe/Bloomberg
继维斯塔斯之后，西门子歌美飒也宣布了相似承诺：到2030年风机叶片实现可完全回收，到2040年销售风电机组实现100%可回收 。通用电气则与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，将其在美国的陆上风电机组叶片回收并用于水泥制造的原材料。该回收合同是美国风电行业中的首个此类合同。
此次密歇根州立大学的科学家们研制的热塑性树脂或将为风能行业提供新思路。对于风机叶片制成的小熊软糖，一些人或许会感到“恶心”，但道根不这么认为。“ 从玉米或草等植物中提取的碳原子与从化石燃料中提取的碳原子没有什么区别，这都是全球碳循环的一部分 ，而且我们已经证明，我们可以让它从田间的生物质变成耐用的塑料材料，再回到食品。”道根解释说，他这样做是希望打破人们对回收的看法。“这是为了创造更多的选择，让人们思考‘回收的上限到底是什么?’据我所知，还没有人把耐用的复合材料再加工成可以吃的东西。”
通过探索创新的回收处理方式和新的商业模式，废弃风机叶片有望为风电产业带来新的经济增长点 。在欧美国家已经逐步淘汰传统的焚烧、填埋等处置办法的情况下，我国加快先进回收技术的研发颇具必要性。绿色和平东亚地区气候与能源项目主任李嘉童表示：“风电、光伏的回收产业不仅能够为退役的组件赋予新的价值，在创新科技的加持下，前沿的回收方法能够大量减少风光寿命尽头的二氧化碳排放、环境污染和资源浪费，避免这些影响对可再生能源行业的反噬。”
撰文：陈佳靖
编辑：万慧
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