自本世纪以来，随着复合材料风电叶片的广泛应用，叶片的回收处理难题就不绝于耳。退役叶片可以说是目前世界上最难处理的大宗不可回收垃圾，如果没有找到有效的解决方案，到 2050 年，预计全球将累积 4300 万吨退役叶片。
一些机构尝试将叶片切割成规则的部件，将其加工成房屋顶棚、公园游乐设施、凳子、停车棚等设施，或者将叶片完全打碎，并将其掺杂进水泥生产的原料中，在窑炉中高温制成水泥，但这些转化的用量均极为有限。根据2020年统计数据，真正回收利用的叶片仅占到退役叶片总量的1%。
Nature：复合材料可以回收了
2023年4月26日，世界顶级科学期刊 Nature 刊登了一篇论文《催化并断开环氧树脂和复合材料中C-O键》，丹麦奥胡斯大学(Aarhus University)与丹麦技术研究所(Danish Technological Institute)的研究人员在实验室中使用钌基催化剂、溶剂异丙醇和甲苯，将环氧树脂中中最常见键的C(烷基)-O键打断，成功将复合材料样品的纤维和树脂进行分离，实现了复合材料在材料级的回收再利用，彻底解决了复合材料回收的历史难题。
然而，由于催化系统的效率无法满足工业化大批量处理的要求，并且钌是一种稀有且昂贵的金属，这种方法目前仍停留在实验室研究阶段。
实验室中的化学反应过程
研究人员从垃圾填埋场挖了一块黑色的(1)碳纤维基复合材料（已无法分辨出其是哪种物品），将其浸泡在溶剂混合物中，加入6wt %（重量含量百分数，wt是weight的简写）的催化剂，并在160°C下进行搅拌。除了切割尺寸外，没有任何先前的处理。3天后，样本明显分离出了松散的碳纤维。倒入反应混合物洗涤后，回收了57 wt%的碳纤维，并从溶液中分离出13 wt%的BPA（双酚A）。接下来，以同样的方式对(2)玻璃纤维基层合板样品和(3)退役风电叶片的切割样品进行处理，同样成功将复合材料的纤维和基体进行分离。
最后，研究人员还特意找到一块更大尺寸的叶片残片(其内层芯材为用于防雷的金属网)，将其放置在300毫升的高压釜中进行催化条件。反应6天后，基体完全分解，并且回收了2.4 g玻璃纤维以及一块金属网。
化学原理分析
风电叶片普遍采用热固性环氧树脂+玻璃或碳纤维的复合材料方案，环氧基的化学键大致包括四类。
钌Ru催化可以将环氧树脂中的最常见的C (烷基)-O键打断，从而从复合材料中回收得到双酚A和完整的纤维。
微观结构观察对比
为了与原始的纤维进行对比，评估回收纤维的质量，科学家分别使用扫描电镜(Scanning Electron Microscopy，SEM)、X射线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS）和 X射线微计算机断层扫描（X-ray micro-Computed Tomography，?-CT）等仪器对反应得到纤维样品进行观察，图像的灰度变化反映了不同的材料密度。
对比观察各组图像可以发现，经过催化回收后的玻璃纤维（主成分为SiO2）与原始未经处理的玻璃纤维在表面形态上基本保持一致，证实了回收后的纤维仍保持有较高的质量和结构完整性。
总结成功的经验
新发现的这个化学反应过程和工艺验证了复合材料回收策略的可行性，它不仅可以应用于绝大多数现有风力机叶片以及其它环氧基复合材料，还广泛适用于航空航天、汽车等行业中使用的碳纤维基复合材料。
作为该研究的作者之一，奥胡斯大学化学系和跨学科纳米科学中心的教授Troels Skrydstrup说：“我们认为这是一项重大突破，为环氧树脂基材料的循环利用开辟了一条道路。首次发表的这一化学反应过程可以选择性地拆解环氧树脂复合材料，并得到双酚A原料以及玻璃或碳纤维，而纤维在此过程中也不会受到损坏“。
该研究受到维斯塔斯、Olin公司、丹麦技术研究所和奥胡斯大学之间的合作项目CETEC（热固性环氧树脂复合材料的循环经济）的支持，丹麦技术研究所和奥胡斯大学共同申请了该过程的专利。关于本研究结果的所有其他数据均可在论文及其补充信息文件中获得，剑桥大学免费提供晶体学数据。
对我国叶片回收的启发
虽然目前该回收策略并未应用在实际的叶片处理中，但既然已经解决了从0到1的核心问题，那从1到100便成为了考虑成本和效率的工程问题。目前，这群丹麦科学家正在继续开展他们的研究，打算最终将其推向实际应用中。
毫无疑问，这篇 Nature 论文提出的化学反应为解决风电叶片回收难题提供了新的思路，彻底改变了复合材料无法循环利用的历史。也许 Nature 的意义从来都不是几页论文，而是促进人类文明走向高处的阶梯。希望我国的科研人员砥砺前行，站在巨人的肩膀上，早日攻克风电叶片回收的难题，实现我国的叶片回收大业。
