废弃风电叶片热化学回收路径探索：热解与燃烧的效能比较及环境效益评估

针对风电叶片(GFRP/CFRP)退役潮带来的复合材料回收难题，土耳其Yalova大学团队通过TG-FTIR和Py-GC/MS技术系统比较了热解与燃烧处理的转化特性。研究发现WTBs热解油含双酚A衍生物(C15为主)，燃烧灰分可作水泥原料，为复合材料循环利用提供了热化学转化路径与数据支撑。

　　

随着全球风电装机容量突破1017GW（国际可再生能源机构2024数据），退役风电叶片(WTBs)的堆积已成为绿色能源的"黑色尾巴"。这些由玻璃纤维/碳纤维增强聚合物(GFRP/CFRP)构成的复合材料，因树脂交联结构和纤维-基体强结合力，传统机械回收仅能将其降级为低值填料。欧盟废物框架指令的监管空白，使得每年43万吨的叶片废料（Liu和Barlow2050年预测）面临严峻的处置压力。

在此背景下，土耳其Yalova大学能源系统工程系的Sibel Ba?ak??lardan Kabakc?团队在《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》发表研究，首次对工业级废弃叶片样品进行系统性热化学分析。研究人员采用热重-红外联用(TG-FTIR)解析分解动力学，结合热解气相色谱质谱(Py-GC/MS)表征产物分布，对比评估了热解与燃烧两种路径的转化效率与环境风险。

关键技术方法包括：从TPI Composite公司获取实际退役叶片样品（主要含GFRP和环氧树脂）；通过元素分析仪测定C/H/N含量；采用热重分析仪在10°C/min升温速率下获取热解/燃烧曲线；利用FTIR实时监测释放气体；Py-GC/MS在500°C裂解温度下分析热解油组分；扫描电镜(SEM)观察灰分形貌。

【材料特性】揭示WTBs具有"高灰低热"特征：灰分达58 wt%（玻璃纤维贡献），碳含量仅29.5 wt%，热值12 MJ/kg满足水泥窑燃料下限但低于EN 15359标准。

【热解行为】TG曲线显示三阶段分解：起始温度(T_onset)348°C，主峰(T_peak)390°C，终止(T_offset)421°C，转化率39.3%。FTIR检测到366-417°C释放的醇/酯/酚类挥发分，Py-GC/MS鉴定热解油以C6-C40化合物为主（C15占比最高），含大量双酚A衍生物，可作为树脂原料。

【燃烧特性】平均着火温度276°C，燃尽温度686.5°C，可燃性指数显示中等燃烧活性。CO₂排放峰出现在421-572°C，SEM显示灰分中玻璃纤维被松散灰层包裹。

【灰分利用】热解残渣（pyrochar）因保留玻璃纤维骨架，经测试适合作为混凝土增强剂或聚合物填料；燃烧灰分的化学组成与水泥原料兼容，支持"燃料替代+矿物原料"的协同处置模式。

该研究创新性地提出：热解更适合高值化学品回收（如双酚A衍生物），而燃烧-水泥共处理路径在规模化应用上更具成本优势。特别是针对占市场主流的玻璃纤维-环氧树脂体系，热解油中高达35%的树脂衍生化学品可反哺复合材料产业链。研究为风电行业提供了符合循环经济原则的废料管理方案，其建立的T_onset/T_peak数据库将为热化学设备设计提供关键参数。未来需进一步优化催化热解工艺，降低碳纤维回收温度，以应对下一代碳纤维叶片退役潮的挑战。