在当前市场中，风机叶片由于采用玻纤复合材料，回收技术难、成本高，目前尚无可规模化的理想回收方式。简单的堆放、填埋和焚烧的处理方式，不符合环保和资源化利用的要求；而包括综合利用、机械粉碎法、热解法、化学降解法和能量获取法等在内的多条技术路线，由于市场规模小、回收综合利用价值低，尚未实现产业化。
因此，风机叶片高值化再生技术的匮乏，以及再生后物料难以大规模消纳，一直是制约叶片再生产业发展的重要因素。
叶片固废3D打印技术的应用，有望打破这种僵局。
日前，在中国首个可再生能源“碳中和”智慧园区——金风科技亦庄智慧园区内，一组采用固废3D打印技术建造的景观花坛正式落成，为这座科技范儿十足的“碳中和”智慧园区注入更多绿色基因，为叶片回收利用开辟了新方向。
区别于一般的3D打印景观，这组花坛所应用的打印材料，取自内蒙古某风电场的退役风机叶片。这种打印材料含有叶片粉碎颗粒，借助3D打印机器人预制成型，成品花坛的叶片固废利用率达到30%以上。
↑ 3D打印机器人“打印”景观花坛
这项技术可将风机叶片固废转化为3D打印的原材料，借助3D打印产业实现对叶片固废的规模化消纳，从而破解了退役风机叶片高值化利用的技术瓶颈，为批量无害化处置退役风机叶片探索出一条可行性和经济性兼顾的技术途径。
退役风机叶片如何“变废为宝”
3D打印技术，本质上属于一种增材制造工艺，设计师将数字化设计模型输入3D打印机中，转化为打印指令，机器就会按照设计要求，将打印材料一层层叠加成特定形状的部件。
将风机叶片的粉碎颗粒添加到打印材料中，其技术难点就在于，如何在保证打印成品达到特定强度的前提下，最大限度地增加叶片固废的添加比例。
↑ 风机叶片的粉碎颗粒（左）和玻璃纤维（右）
在“叶片固废3D打印技术”的实验过程中，研究人员通过不断调整各种原料的配比，以及风机叶片粉碎颗粒的粒径和级配（各级粒径颗粒的分配情况），进行了反复的实验和论证，最终确定了满足打印成品强度和叶片固废消纳要求的“黄金比例”，并制定出一系列适用于风机固废3D打印的材料体系。
↑ 退役风机叶片掺合料与建筑混凝土的抗压强度对比
使用这种新型打印材料制成的成品，其力学性能、耐久性能和工作性能，均可达到常规建筑混凝土标准。根据抗压强度的对比图可以看出，通过调整风机叶片掺合料的比例，可以使打印材料的抗压强度分别达到或接近C30、C20和C15混凝土的强度等级。
注
01 C30混凝土的抗压强度为30Mpa，用于大跨度结构、耐久性要求高的结构、预制构件等；C20混凝土的抗压强度为20Mpa，用于梁、板、柱、楼梯和屋架等普通钢筋混凝土结构；C15混凝土的抗压强度为15Mpa，用于垫层、基础、地坪及受力不大的结构。
02 3d抗压强度和7d抗压强度是指材料经过3天和7天养护后，可以达到的抗压强度。
垃圾是放错地方的资源
对于固废3D打印产业和叶片再生产业，这项新技术有着突破性的意义。
数据显示，预计到2025年，我国退役风机叶片将产生接近5800吨复合材料固体废物，到2028年将会达到7.4万吨。风机固废问题始终困扰着行业企业，也制约着整个风电产业的绿色发展。
固废3D打印技术作为一种智能、环保、高效的新型建造方式，与传统的建筑施工工艺相比，特别是在建造异形构筑物时，具有免模板、省人工、节约材料、总成本低、设计自由度大、建造效率高、人员安全风险小等显著优势。因此，该技术有望在建筑领域焕发巨大的活力，成为传统施工方法的重要补充。
↑ 固废3D打印应用案例
风电项目多地处偏远地区，分布较为分散，将粉碎后的再生物料转运到异地消纳的物流运输费用，占到了整个回收链条中的很大一部分成本。因此，这项技术的另一个优势在于，固废3D打印在建筑业的应用场景非常广泛，可选择与风电场周边的建筑项目合作，应用移动式3D打印机器人，实现叶片固废的就近生产与消纳，减少长距离运输带来的成本。
↑ 移动式3D打印机器人
“垃圾是放错地方的资源。将风机叶片固废的输出方，转化为固废3D打印产业的原材料供给方，利用建筑业的广阔市场对叶片再生后物料实现规模化消纳，充分发挥市场在资源配置中的决定性作用，让环保更‘还宝’，是我们决定开发这项技术的初衷”，该项目的负责人强调。
目前，国内风机叶片的循环利用仍处于小规模的、探索性的起步阶段，距离规模化和商业化尚远，但“叶片固废3D打印技术”所展现出的优势，已经为风机叶片回收再利用产业带来了曙光。
↑ 产业链循环示意图
“以绿色创新技术撬动绿色产业发展，让风机叶片固废沿着‘就地回收→就地破碎→粉筛配料→固废3D打印→制成成品’的路径，形成完整的、规模化的配套产业链，是我们的最终愿景”，该项目负责人在最后表示。
在2021北京国际风能大会暨展览会上，金风科技发布了《2021金风科技迈向碳中和：行动与愿景》白皮书，指出“到2040 年，金风产品回收利用比例达到100%”。“叶片固废3D打印技术”的相关研究和应用即是这一计划的重要一步。
未来，金风科技将通过持续投资布局风电可循环回收等方向，探索更多创新性低碳技术及系统型应用方案，加速形成碳中和产业生态圈，打造“可持续 更美好”的零碳未来。
