風能正在蓬勃發展。但也存在一些問題。
巨大的風力渦輪機由玻璃纖維增強聚合物(gfrp)組成,一旦它們達到目的,就會面臨嚴峻的回收挑戰。
但是現在,華盛頓州立大學的研究人員已經開發出一種新的、環保的方法來回收風力渦輪機葉片。
這一過程避免了苛刻的化學物質,回收了高強度的玻璃纖維和樹脂,可以用來製造耐用的塑料。
該研究的通訊作者、機械與材料工程學院教授張金文(音譯)說:「這種回收方法具有可擴展性、成本效益和環境友好性,為大量玻璃纖維增強廢物的再利用提供了一個可持續的解決方案。」
70%的回收玻璃纖維來自風力渦輪機葉片
現有的回收方法與gfrp(一種難以分解的熱固性材料)相鬥爭。
在這項新工作中,風力渦輪機葉片的gfrp材料通過切割成小塊進行回收。然後,研究小組將其浸泡在安全的醋酸鋅鹽溶液中,在高溫和壓力下將其分解,利用所得成分製造出更堅固的塑料。
他們成功地從風力渦輪機葉片中提取了未損壞的玻璃纖維和樹脂。然後,科學家們將這些材料(高達70%的回收玻璃纖維)加入熱塑性塑料中,製造出更堅固的複合材料
「它的效果非常好,特別是考慮到我們應用的溫和條件。該溶劑是一種綠色溶劑,而且溫度也可以接受,」該論文的第一作者之一、機械與材料工程學院的前研究生程浩(音譯)說。
有趣的是,將風力渦輪機葉片中的再生玻璃纖維和樹脂添加到尼龍塑料中,顯著提高了其強度(超過三倍)和剛度(超過八倍)。
此外,人們還發現這種回收材料可以增強其他常見塑料,如聚丙烯、牛奶罐和洗髮水瓶中使用的塑料。
「只要我們能把交聯網絡分解成更小的碎片,並且它們是可熔融加工的,我們就能把它與尼龍複合,得到一種新的複合材料。我們沒有將樹脂從纖維中分離出來,我們只是將所有材料與尼龍混合,得到一種新的複合材料,」趙寶明(音譯)解釋說,他是複合材料與工程中心的研究助理教授。
玻璃鋼難以回收
gfrp很難回收,因為與易於回收的熱塑性塑料(如牛奶瓶中的熱塑性塑料)相比,它是一種熱固性材料。
熱固性塑料是固化的,不能熔化和改造,因此很難將它們分解成可重複使用的部件。
這種難以回收的玻璃纖維增強材料約佔葉片重量的三分之二,在製造過程中也產生了15%的材料浪費。
20世紀90年代建造的風力渦輪機現在已經過時了,出現了一個主要的處理問題。
預計廢棄風力渦輪機葉片的積累將成為一個巨大的環境問題,到2050年,每年的廢物將達到290萬噸,累計總量將達到4300萬噸。
這就是為什麼迫切需要找到可持續的方式來處理不斷增長的廢物。
「隨着風能的發展,回收和再利用風力渦輪機的廢物變得越來越緊迫,」研發人員在新聞發佈會上補充說。
研究人員正在改進他們的回收過程,以減少壓力,使其更簡單。他們還致力於創造未來的風力渦輪機葉片,這種葉片本質上是完全可回收的。
研究結果發表在《資源、保護與回收》雜誌上。
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