可回收⾵⼒渦輪機葉⽚可以解決產業⼤問題
(彭博)— 蔡先⽣在台灣中部⼭區的⼀個貧困村莊⻑⼤,他必須步⾏兩個多⼩時才能將⼀桶桶乾淨的飲⽤⽔帶回家。「這教會了我⾃然資源的價值,」蔡說。“ 每⼀滴⽔都有成本。”他現在正試圖將這⼀教訓轉移到⾵電⾏業,以解決隨著再⽣能源激增⽽困擾的問題:強⼤的⾵⼒渦輪機葉⽚幾乎不可能回收。Tsai 的公司Swancor Holding Co. 是全球幾家試圖開發新產品的公司之⼀,這些新產品模仿當前葉⽚材料的物理特性,但可以進⾏化學回收,從⽽使其能源密集型組件可以在其他產品中重複使⽤。不過,要確保產品紮根市場仍存在⼀些挑戰。每年,世界都會安裝更多的渦輪機,葉⽚的尺⼨不斷增⼤,以更有效地收集⾵⼒。根據 BloombergNEF 報告,退役葉⽚的複合材料廢棄物的使⽤壽命約為 20 年,預計在未來 20 年將成⻑ 20 倍,並於2044 年達到⾼峰約 782,000 噸。
與建築和電⼦等其他⾏業相⽐,⾵電⾏業產⽣的複合廢物較少,並且⼤約 90% 的渦輪機(包括塔架和其他部件)可以回收利⽤,因為許多部件都是由鋼製成的。不過,許多公司正在尋找以經濟⾼效的⽅式減少⼑⽚浪費的⽅法,以實現其永續發展⽬標。
Swancor 的台灣⼯廠為葉⽚製造和其他產業提供複合材料,讓我們⼀窺未來的⾯貌。兩公尺(6 英尺)⾼的⿈⾊架⼦上裝有近200 根碳纖維線軸,每根⻑ 2.5 公⾥(1.5 英⾥)。⼀台機器慢慢地將它們拉在⼀起,然後將它們浸⼊濃稠的淡⿈⾊樹脂黏液中。將材料加熱固化,並均勻加壓處理,直到形成⿊⾊薄板。
這種材料被稱為碳纖維複合材料,⼀直是⾵能產業發展的關鍵。它堅固、輕巧且靈活,使製造商能夠製造出⽐⾜球場還⻑的葉⽚,使渦輪機能夠以更少的成本產⽣更多的電⼒。在世界許多地⽅,⾵⼒發電現在⽐燃燒化⽯燃料便宜。
⾄少在回收⽅⾯,問題在於淡⿈⾊黏液。它被稱為熱固性樹脂,⼀旦硬化就不容易變回液體形狀⸺想像嘗試煎蛋。當葉⽚達到使⽤壽命時,硬化的樹脂使得碳纖維的提取和再利⽤變得困難,⽽碳纖維的⽣產既有價值⼜排放密集。雖然少量⼑⽚被重新⽤於橋樑和公園⻑椅等⽤途,但⼤多數⼑⽚被切碎並最終進⼊垃圾掩埋場或⼯業爐。
需要明確的是,即使沒有回收葉⽚,⾵⼒發電對環境的影響仍然⽐燃燒化⽯燃料好得多。但該⾏業仍在尋求解決⽅案,為渦輪機創建循環經濟,並結束每當舊葉⽚在溝渠中腐爛的照⽚瘋傳時就會出現的公共關係噩夢。「由於葉⽚不可回收,⼈們批評⾵能是『垃圾能源’,」蔡說。「 我不相信並投資於我們的研發⼯作,幾年後,我們能夠做到這⼀點。
我們改變了材料。”
Swancor 的創新是⼀種名為 EzCiclo 的新型樹脂。 Tsai 表⽰,它具有與當今使⽤的樹脂相同的物理特性,但它可以溶解在裝有該公司稱為 CleaVER 的專⽤液體的加熱桶中,使纖維可以重複使⽤。
Swancor 在其台灣⼯廠建⽴了⽰範回收流程。( 該公司在中國和⾺來西亞也設有分公司。)⽣產⾞間的廢料被送⼊盛有液體的⼤型⾦屬坩堝中。當複合材料被溶劑滲透時,環氧樹脂從膨脹的碳纖維中脫離,所得的燉菜看起來像⿊海藻湯。
由可回收樹脂製成的碳纖維複合材料碎⽚(左側)被送⼊舉起的⼤型⾦屬坩堝中,其中含有⼀種名為 CleaVER 的特殊液體,可溶解樹脂。
隨後將混合物送⾄紡絲機,從液體中分離出纖維,純化後可⽤作⽣產聚酯的原料。然後將纖維乾燥,留下裝滿⿊⾊碳纖維團的袋⼦,這些碳纖維⾜夠柔軟,可以作為泰迪熊的填充物,散落在⼯廠地板上。
它們太短且強度較低,無法在新的⾵⼒渦輪機葉⽚中重複使⽤,但可以重新利⽤以製造各種產品,從汽⾞保險桿到露營桌。航空航天廢料是可重複使⽤碳纖維最主要的來源。到 2028 年,全球再⽣碳纖維市場預計價值 2.78 億美元。根據彭博財經報道,與去年⾵能投資 2,170 億美元相⽐,這個數字相對較⼩。但該解決⽅案可以減少該⾏業數千噸的廢物。
Swancor 表⽰,每公⽄再⽣碳纖維的碳纖維複合材料回收過程會排放約 2 公⽄(4 磅)⼆氧化碳,⽽⽣產原始材料的排放量則超過 55 公⽄。該公司仍在與其客⼾⾦⾵科技進⾏⽣命週期評估,研究⽤可回收樹脂製造的⾵⼒渦輪機在其整個⽣命週期中的影響。
Swancor並不是唯⼀⼀家嘗試開發⾵⼒葉⽚可回收材料的公司。總部位於孟買的企業集團 Aditya Birla Group 的⼀個⼦公司⽣產可回收樹脂,⽤於 2022 年投產的德國離岸⾵電場。
Swancor的材料仍處於測試階段。蔡說,西⾨⼦歌美颯、維斯塔斯⾵⼒系統公司和明陽智慧能源集團有限公司都在嘗試這種材料。例如,據⼀位發⾔⼈稱,西⾨⼦歌美颯已經⽤這種新樹脂鑄造了 20 個葉⽚。該公司承諾在 2040 年⽣產 100% 可回收的渦輪機。
Tsai 表⽰,EzCiclo 的成本⽐傳統樹脂⾼出約 10% ⾄ 15%,但這只增加了⼀⼩部分專案總成本。 Swancor 指望開發商做出這種權衡,以實現其永續發展⽬標。該公司必須證明可回收⼑⽚與不可回收⼑⽚的運作⽔準相同,此外還要確保任何買家都能進⼊回收中⼼,因為供應鏈幾乎不存在。
不過,⾵⼒開發商是否轉向商業規模使⽤可回收葉⽚仍然是⼀個懸⽽未決的問題,特別是考慮到它們的新穎性。「作為開發⼈員,您無法承受⼑⽚故障的發⽣率超出您在預測性維護計劃中通常建模的速度,因此,在有幾個站點可運⾏並且有明確的證據表明存在故障之前,可能不願意採⽤此設備。利茲⼤學商業、環境與發展講師保羅·詹森 (Paul Jensen) 說。他還表⽰,關於回收材料的品質以及誰將提供回收服務的懸⽽未決的問題仍然存在,這意味著新葉⽚是否會成功存在「許多如果、但是和也許」。 Swancor 本⾝已經發現了其中⼀些挑戰,儘管它認為這些挑戰是可以克服的。詹森補充說,儘管存在這些警告,但新⼑⽚「仍然是朝著正確⽅向邁出的⼀步」。發⾔⼈表⽰,西⾨⼦歌美颯並未發現標準⼑⽚和可回收⼑⽚在功能⽅⾯有明顯差異。
政府幾乎沒有強制要求或激勵措施來⽣產和使⽤可回收⼑⽚。德國和荷蘭等幾個歐洲國家已禁⽌將葉⽚送往垃圾掩埋場,⽽中 國在⼀⽉份提出了⼀套陸上⾵⼒渦輪機回收標準。該指南稱,不建議掩埋或焚燒報廢葉⽚。該國迄今為⽌擁有最⼤的⾵電裝置容量,如果這些規則⽣效,可能會對該⾏業產⽣重⼤影響。
對蔡來說,考慮到需要減少排放⽽不無意中造成另⼀場環境災難,可回收性的好處值得投資。
「我需要對我們的股東負責,但我也會評估這是否真的對社會有利,」他說。
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