科学家回收风力涡轮机叶片,制成强度是原来的3倍的塑料

2025年04月05日17:10:28 科学 7148

风能正在蓬勃发展。但也存在一些问题。

巨大的风力涡轮机由玻璃纤维增强聚合物(gfrp)组成,一旦它们达到目的,就会面临严峻的回收挑战。

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但是现在,华盛顿州立大学的研究人员已经开发出一种新的、环保的方法来回收风力涡轮机叶片。

这一过程避免了苛刻的化学物质,回收了高强度的玻璃纤维和树脂,可以用来制造耐用的塑料。

该研究的通讯作者、机械与材料工程学院教授张金文(音译)说:“这种回收方法具有可扩展性、成本效益和环境友好性,为大量玻璃纤维增强废物的再利用提供了一个可持续的解决方案。”

70%的回收玻璃纤维来自风力涡轮机叶片

现有的回收方法与gfrp(一种难以分解的热固性材料)相斗争。

在这项新工作中,风力涡轮机叶片的gfrp材料通过切割成小块进行回收。然后,研究小组将其浸泡在安全的醋酸锌盐溶液中,在高温和压力下将其分解,利用所得成分制造出更坚固的塑料。

他们成功地从风力涡轮机叶片中提取了未损坏的玻璃纤维和树脂。然后,科学家们将这些材料(高达70%的回收玻璃纤维)加入热塑性塑料中,制造出更坚固的复合材料

“它的效果非常好,特别是考虑到我们应用的温和条件。该溶剂是一种绿色溶剂,而且温度也可以接受,”该论文的第一作者之一、机械与材料工程学院的前研究生程浩(音译)说。

有趣的是,将风力涡轮机叶片中的再生玻璃纤维和树脂添加到尼龙塑料中,显著提高了其强度(超过三倍)和刚度(超过八倍)。

此外,人们还发现这种回收材料可以增强其他常见塑料,如聚丙烯、牛奶罐和洗发水瓶中使用的塑料。

“只要我们能把交联网络分解成更小的碎片,并且它们是可熔融加工的,我们就能把它与尼龙复合,得到一种新的复合材料。我们没有将树脂从纤维中分离出来,我们只是将所有材料与尼龙混合,得到一种新的复合材料,”赵宝明(音译)解释说,他是复合材料与工程中心的研究助理教授。

玻璃钢难以回收

gfrp很难回收,因为与易于回收的热塑性塑料(如牛奶瓶中的热塑性塑料)相比,它是一种热固性材料。

热固性塑料是固化的,不能熔化和改造,因此很难将它们分解成可重复使用的部件。

这种难以回收的玻璃纤维增强材料约占叶片重量的三分之二,在制造过程中也产生了15%的材料浪费。

20世纪90年代建造的风力涡轮机现在已经过时了,出现了一个主要的处理问题。

预计废弃风力涡轮机叶片的积累将成为一个巨大的环境问题,到2050年,每年的废物将达到290万吨,累计总量将达到4300万吨。

这就是为什么迫切需要找到可持续的方式来处理不断增长的废物。

“随着风能的发展,回收和再利用风力涡轮机的废物变得越来越紧迫,”研发人员在新闻发布会上补充说。

研究人员正在改进他们的回收过程,以减少压力,使其更简单。他们还致力于创造未来的风力涡轮机叶片,这种叶片本质上是完全可回收的。

研究结果发表在《资源、保护与回收》杂志上。


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