自本世紀以來，隨著復合材料風電葉片的廣泛應用，葉片的回收處理難題就不絕于耳。退役葉片可以說是目前世界上最難處理的大宗不可回收垃圾，如果沒有找到有效的解決方案，到 2050 年，預計全球將累積 4300 萬噸退役葉片。

一些機構嘗試將葉片切割成規則的部件，將其加工成房屋頂棚、公園游樂設施、凳子、停車棚等設施，或者將葉片完全打碎，并將其摻雜進水泥生產的原料中，在窯爐中高溫制成水泥，但這些轉化的用量均極為有限。根據2020年統計數據，真正回收利用的葉片僅占到退役葉片總量的1%。

Nature：復合材料可以回收了

2023年4月26日，世界頂級科學期刊 Nature 刊登了一篇論文《催化并斷開環氧樹脂和復合材料中C-O鍵》，丹麥奧胡斯大學(Aarhus University)與丹麥技術研究所(Danish Technological Institute)的研究人員在實驗室中使用釕基催化劑、溶劑異丙醇和甲苯，將環氧樹脂中中最常見鍵的C(烷基)-O鍵打斷，成功將復合材料樣品的纖維和樹脂進行分離，實現了復合材料在材料級的回收再利用，徹底解決了復合材料回收的歷史難題。

然而，由于催化系統的效率無法滿足工業化大批量處理的要求，并且釕是一種稀有且昂貴的金屬，這種方法目前仍停留在實驗室研究階段。

實驗室中的化學反應過程

研究人員從垃圾填埋場挖了一塊黑色的(1)碳纖維基復合材料（已無法分辨出其是哪種物品），將其浸泡在溶劑混合物中，加入6wt %（重量含量百分數，wt是weight的簡寫）的催化劑，并在160°C下進行攪拌。除了切割尺寸外，沒有任何先前的處理。3天后，樣本明顯分離出了松散的碳纖維。倒入反應混合物洗滌后，回收了57 wt%的碳纖維，并從溶液中分離出13 wt%的BPA（雙酚A）。接下來，以同樣的方式對(2)玻璃纖維基層合板樣品和(3)退役風電葉片的切割樣品進行處理，同樣成功將復合材料的纖維和基體進行分離。

最后，研究人員還特意找到一塊更大尺寸的葉片殘片(其內層芯材為用于防雷的金屬網)，將其放置在300毫升的高壓釜中進行催化條件。反應6天后，基體完全分解，并且回收了2.4 g玻璃纖維以及一塊金屬網。

化學原理分析

風電葉片普遍采用熱固性環氧樹脂+玻璃或碳纖維的復合材料方案，環氧基的化學鍵大致包括四類。

釕Ru催化可以將環氧樹脂中的最常見的C (烷基)-O鍵打斷，從而從復合材料中回收得到雙酚A和完整的纖維。

微觀結構觀察對比

為了與原始的纖維進行對比，評估回收纖維的質量，科學家分別使用掃描電鏡(Scanning Electron Microscopy，SEM)、X射線光電子能譜(X-ray Photoelectron Spectroscopy，XPS）和 X射線微計算機斷層掃描（X-ray micro-Computed Tomography，?-CT）等儀器對反應得到纖維樣品進行觀察，圖像的灰度變化反映了不同的材料密度。

對比觀察各組圖像可以發現，經過催化回收后的玻璃纖維（主成分為SiO2）與原始未經處理的玻璃纖維在表面形態上基本保持一致，證實了回收后的纖維仍保持有較高的質量和結構完整性。

總結成功的經驗

新發現的這個化學反應過程和工藝驗證了復合材料回收策略的可行性，它不僅可以應用于絕大多數現有風力機葉片以及其它環氧基復合材料，還廣泛適用于航空航天、汽車等行業中使用的碳纖維基復合材料。

作為該研究的作者之一，奧胡斯大學化學系和跨學科納米科學中心的教授Troels Skrydstrup說：“我們認為這是一項重大突破，為環氧樹脂基材料的循環利用開辟了一條道路。首次發表的這一化學反應過程可以選擇性地拆解環氧樹脂復合材料，并得到雙酚A原料以及玻璃或碳纖維，而纖維在此過程中也不會受到損壞“。

該研究受到維斯塔斯、Olin公司、丹麥技術研究所和奧胡斯大學之間的合作項目CETEC（熱固性環氧樹脂復合材料的循環經濟）的支持，丹麥技術研究所和奧胡斯大學共同申請了該過程的專利。關于本研究結果的所有其他數據均可在論文及其補充信息文件中獲得，劍橋大學免費提供晶體學數據。

對我國葉片回收的啟發

雖然目前該回收策略并未應用在實際的葉片處理中，但既然已經解決了從0到1的核心問題，那從1到100便成為了考慮成本和效率的工程問題。目前，這群丹麥科學家正在繼續開展他們的研究，打算最終將其推向實際應用中。

毫無疑問，這篇 Nature 論文提出的化學反應為解決風電葉片回收難題提供了新的思路，徹底改變了復合材料無法循環利用的歷史。也許 Nature 的意義從來都不是幾頁論文，而是促進人類文明走向高處的階梯。希望我國的科研人員砥礪前行，站在巨人的肩膀上，早日攻克風電葉片回收的難題，實現我國的葉片回收大業。