风力发电叶片回收面临的挑战
蔡朝阳在中国台湾地区中部山区的一个贫困村庄长大，他曾经要步行两个多小时，才能打回一桶桶干净的饮用水。“这让我明白了自然资源的价值，”他说，“每一滴水都不是白来的。”现在，他尝试将这个教训应用到风电行业，以解决再生能源激增导致的问题：巨大的风力发电机叶片几乎不可回收。
蔡朝阳的公司是全球几家试图解决这一问题的公司之一，他们希望通过新产品模拟当前叶片材料的物理特性，同时可以实现化学回收，使其能源密集型组件能在其他产品中重复利用。
不过，这些产品能否扎根市场仍然面临挑战。
每一年，世界都会安装更多风力发电机，叶片的尺寸也越来越大，以更高效地利用风能。据彭博新能源财经(BloombergNEF)的数据，风力发电机的使用寿命约20年，未来20年，退役叶片的复合材料垃圾预计将增长20倍，2044年将达到约78.2万吨的峰值。
2023年8月，中国甘肃，车辆在运输风电叶片
相比建筑和电子等行业，风电行业产生的复合垃圾较少，且风力发电机（包括塔架和其他部件）约90%的材料可回收利用，因为许多零件由钢制成。尽管如此，仍有许多公司在想方设法以经济高效的方式减少叶片垃圾，以实现可持续发展目标。
上纬新材的台湾工厂提供了一扇展望未来的窗口，该工厂为叶片制造和其他行业提供复合材料。两米高的黄色货架上堆放着近200卷碳纤维线轴，每卷长2.5公里。一台机器缓慢地将它们拉在一起，浸入浓稠的淡黄色树脂浆中。然后通过加热使其固化，并均匀加压处理，直至形成黑色薄板。
这种所谓的碳纤维复合材料对风电行业的增长至关重要。它坚固、轻便、柔韧，使制造商能制造出比足球场还长的叶片，风力发电机也能以更低的成本生产更多电力。在世界许多地方，风电价格已经低于化石燃料产生的电力。
上纬新材的创新解决方案
上纬新材复合材料工厂中的原始碳纤维线
然而，至少在回收方面，这种淡黄色的树脂浆构成了阻碍。它被称为热固性树脂，一旦固化就不容易变回液体状态，就像让煎蛋变回蛋液一样困难。
叶片到达使用寿命后，这种硬化树脂的存在会增加碳纤维提取和再利用的难度，而碳纤维又是一种价值很高的材料，且生产中的排放量很高。虽然少量叶片被重新用于制造桥梁和公园长椅等物品，但多数都被砍碎并最终进入垃圾场或工业炉。
需要明确的是，即使不对叶片进行回收利用，风力发电的环境益处仍远高于燃烧化石燃料发电。尽管如此，该行业仍在寻求解决方案，以创建风力发电机的循环经济，并摆脱每当有老旧叶片被丢弃在沟渠中的照片疯传时引发的公关危机。
“由于叶片不可回收，人们批评风能是‘垃圾能源’，”蔡朝阳说，“我不认同这一观点，并投入了研发努力，几年后，我们成功改变了材料。”上纬新材的创新是打造了名为EzCiclo的新型树脂。蔡朝阳说它具有与当今使用的树脂相同的物理特性，但可以在该公司称为CleaVER的专用液体的加热桶中溶解，使纤维可以重复使用。
上纬新材在其台湾工厂建立了示范回收流程。（该公司在中国大陆和马来西亚也设有分支机构。）生产车间的废料被送入装有液体的大金属锅炉中。当复合材料被溶剂渗透时，环氧树脂会与膨胀的碳纤维分离，由此形成的混合物仿佛黑色的紫菜汤。
由可回收树脂制成的碳纤维复合材料碎片（左）被投入架高的大金属锅炉中，其中含有一种名为CleaVER的特殊液体，可溶解树脂这种混合物随后被送到一台纺丝机上，从液体中分离出纤维，液体纯化后可作为生产聚酯的原料。纤维则会进行干燥，留下装满黑色碳纤维团的袋子，散落在工厂地板上，纤维团非常柔软，可用作玩偶填充物。
这些碳纤维太短，且强度降低，无法再次用于新的风力发电机叶片，但可以生产从汽车保险杠到露营桌子等各类产品。航空航天废料是可重复利用碳纤维的主要来源。
到2028年，全球再生碳纤维市场预计将达到2.78亿美元。这个数字并不大，相比之下，根据彭博新能源财经的数据，2023年全球风能投资高达2170亿美元。但这个方案有望为该行业减少成千上万吨的工业垃圾。
上纬新材称在碳纤维复合材料回收过程中，每回收一公斤碳纤维的二氧化碳排放量约2公斤，而生产一公斤原始材料的排放量超过55公斤。该公司仍在与其客户金风科技(Goldwind)开展全寿命周期评估，以研究可回收树脂制成的风力发电机在整个寿命周期内的影响。
从纺丝机中取出的再生碳纤维，这是将纤维从混合液体中分离的过程上纬新材的材料仍处于测试阶段。蔡朝阳说西门子歌美飒(Siemens Gamesa)、维斯塔斯风力系统公司(Vestas Wind Systems A/S)和明阳智慧能源集团股份公司(Ming Yang Smart Energy Group Ltd.)都在试用这种材料。据一位发言人称，西门子歌美飒已经用这种新型树脂材料铸造了20个叶片。该公司承诺到2040年生产100%可回收的风力发电机。
蔡朝阳称EzCiclo的成本比传统树脂高约10%-15%，但这仅会略微增加总项目成本。上纬新材希望开发商为实现可持续发展目标做出取舍。
该公司必须证明可回收叶片的运行水平不亚于不可回收叶片，同时确保所有买家都能获得回收中心的服务，毕竟供应链几乎不存在。
风电开发商的考量
风力开发商是否会大规模采用可回收叶片仍是未知数，特别是考虑到它们还属于新鲜事物。
“开发商无法承受叶片的故障率超出通常在预测性维护计划中建模的水平，因此在少数站点成功运行、并展现出明确的长期耐用性证据之前，企业恐怕会有顾虑，”利兹大学商业、环境与发展讲师保罗·詹森(Paul Jensen)说。
他还表示，关于回收材料的质量以及谁将提供回收服务的问题仍然悬而未决，因此新型叶片能否大获成功还面临许多“如果、但是和也许”。上纬新材本身也发现了一些挑战，但它认为这些挑战是可以克服的。
詹森也补充说，尽管有重重困难，新型叶片仍然是“朝着正确方向迈出的一步”。就其本身的功能而言，西门子歌美飒的发言人称标准叶片和可回收叶片之间并无明显差别。
在生产和使用可回收叶片方面，几乎不存在政府法令或激励措施。德国和荷兰等若干欧洲国家已禁止将叶片送往垃圾填埋场，中国在1月提出了一系列陆上风力发电机回收标准。其中称不建议填埋或焚烧报废叶片。中国目前的风电装机容量冠居全球，如果这些新规生效，或对全行业产生重大影响。
蔡朝阳
对蔡朝阳来说，考虑到需要在推进减排的同时避免无意中造成另一场环境灾难，对可回收材料的投资是有益和值得的。
“我需要对我们的股东负责，但我也要评估这是否真正有益于社会，”他说。
