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污染治理

【日本】大到离谱却25年就报废:风力发电机叶片的第二人生——住房、水泥、钢铁

责任编辑:Clara Zeng8 分钟阅读
大到离谱却25年就报废:风力发电机叶片的第二人生——住房、水泥、钢铁

要点

  • 伊博金与阿奇哈2024年3月宣布日本首个100%叶片回收方案,2023年兵库县拆除叶片经预处理后运往敦贺水泥厂。
  • GE与威立雅2020年试点显示,叶片重量65%以上可替代黏土和砂,28%可替代煤炭,预计减少水泥制造CO2排放27%。
  • 清水建设2026年5月确立将废弃叶片制成炼钢增碳材技术,目标与新建项目合计年订单额约200亿日元。
  • 清水建设预计2030年代日本国内每年将产生2000至2500吨废弃叶片,此前国内几乎均进行填埋处理。
  • 荷兰A58线建成60米长Blade Barrier隔音墙,使用完整叶片及切割部件,半年后测量显示隔音效果与普通混凝土墙相当。

原因在于材料

许多叶片由玻璃纤维用树脂固化而成的“GFRP(玻璃纤维增强塑料)”制成。

在水泥厂,燃料与原料一石二鸟

增碳材。这个名字听起来有点硬核。用烹饪来比喻,就像是最后撒的那一撮盐。铁只需加入极少量的碳,硬度和强度就会改变。用来添加这种碳的材料就是增碳材,据说平时使用的是焦炭等。

风力发电机的叶片,比新干线车厢还长

横滨市风力发电站的“滨翼”号,叶片旋转形成的圆直径达80米。据制造商资料,每片叶片长约39米。新干线一节车厢约25米,所以相当于1.5节车厢。重量每片高达6.5吨。而且,转速最快时,叶尖的计算速度超过每小时280公里。与最高时速285公里的东海道新干线几乎相同。最新的海上风电机更是天差地别。中国东方电气正在开发的叶片据说单支长153米、重83.5吨。远远望去,叶片慢悠悠地转着,但实际上风力发电站的风机又大又快,而且有支撑这一切的强度。

转完的叶片,无处可去

这些巨大的叶片,由于设计寿命和运营情况,大约20至25年就会迎来更换或拆除的时期。那么,转完完成使命后,它们去哪里呢?我总觉得“既然是清洁能源,应该好好回收了吧”。然而在日本国内,据说此前几乎都是填埋处理。根据从事风力发电机设计制造的维斯塔斯的资料,重量的六成是玻璃纤维,四分之一是环氧树脂。这两者紧密结合,无法干净分离。燃烧的话树脂会产生CO2,玻璃则留下灰烬。据清水建设称,预计2030年代日本国内每年将产生2000至2500吨废弃叶片。另一方面,国内填埋场剩余容量日益紧张,欧盟也有禁止填埋的动向。看来,应对已是刻不容缓。各种方案纷纷出台。

第一个出口是水泥厂

2024年3月,从事拆除和工业废弃物处理的伊博金与风力发电设备企业阿奇哈宣布了“日本国内首个”100%回收方案。2023年在兵库县拆除的风机叶片,在伊博金的工厂进行预处理,以便水泥厂接收,然后运往太平洋水泥集团旗下的敦贺水泥。在巨大的回转窑中,树脂熊熊燃烧成为热源。残留大量玻璃纤维的灰烬在窑中熔化,被纳入水泥原料。真是一石二鸟。美国GE和威立雅于2020年启动的尝试中,叶片重量的65%以上可替代黏土和砂,约28%可替代煤炭。据估算,水泥制造产生的CO2可减少27%。

清水建设把叶片变成钢铁的“秘密调味”

第二个出口更加出人意料。是钢铁。清水建设于2026年5月宣布,确立了将废弃叶片改造成炼钢用“增碳材”的技术。这也号称“日本国内首个”。清水建设与工业废弃物处理企业大泷商店合作,将废弃叶片切割、粉碎、压紧固化,制成这种“盐”。叶片的树脂可以说是碳的集合体。燃烧转化为热的话,碳会以CO2形式排向天空。制成增碳材后,这些碳被钢材吸收,从而减少排放。也有助于节约有限的焦炭。据清水建设称,这是一项在风机重建咨询中捆绑“叶片去向”的方案。据说目标是与新建项目合计年订单额约200亿日元。

不粉碎,直接使用不就好了

到此为止讲的都是粉碎后使用的回收方案。另一方面,在大洋彼岸,也有仅切割就使用的尝试。英国高铁“HS2”工程于2021年启动了一项试点,用切割出的叶片替代混凝土中的钢筋。据说可将加固部分产生的CO2最多减少90%。不过使用场所限于临时道路、墙顶、预制小屋地基等受力不大的地方。这与混凝土整体CO2减少九成是两回事,请注意区分。荷兰则更加大胆。沿高速公路A58线,建起了60米长的隔音墙“Blade Barrier”,将叶片平放排列。两片完整叶片加上切割部件,高度达3至4米。据荷兰公共工程与水管理总司称,半年后测量显示,隔音效果与普通混凝土隔音墙相当。设计呈波浪形也很可爱。建造者是鹿特丹的Blade–Made。作品集中还展示了用叶片制作的儿童游乐场等。他们的想法很有趣。风机出于经济原因约25年就退役,但材料本身还能用很久。所以让它承担别的角色,比如作为基础设施用50年,在此期间等待回收技术成熟。也就是说,积极的争取时间。原来如此,还有这种办法。

既然结实,就拿来当房子

最后附赠一个微型住宅的故事。叶片根部像“头部”的部分,是容纳发电机等的“机舱”胶囊,这里也是GFRP制成。2024年10月,在荷兰设计周上亮相的,是将曾在奥地利运转的维斯塔斯V80机舱,嵌入新钢架和内装,改造成小房子“Nestle”。这也是Blade–Made的项目。说到V80,与开头的滨翼是同一系列。横滨那台风机的头部,或许有一天也会成为谁的家……?顺便一提,滨翼的机舱据说重67.6吨,光搬家就很费劲。转完的叶片去向是水泥、钢铁、隔音墙、游乐场。头部还能变成家。仅在日本国内,每年超过2000吨的废料到来之前,出口正在一点点增加。个人而言,一边积极争取时间,一边想进微型住宅看看。毕竟我对太空感的东西没什么抵抗力。

编辑观点

叶片回收正从填埋转向水泥窑协同处置及炼钢增碳材等高值化路径,技术成熟度与商业订单规模成为关键指标。需关注2030年代日本废弃叶片增量下的产能匹配,以及增碳材在钢铁行业替代焦炭的实际渗透率。

常见问题

废弃风机叶片主要靠什么方式回收?

主要出口是水泥厂和钢铁厂。伊博金与阿奇哈在2024年3月宣布日本首个100%回收方案,将叶片预处理后运往敦贺水泥,树脂燃烧供热,玻璃纤维灰烬作为水泥原料。

叶片回收能减少多少水泥厂碳排放?

据估算,水泥制造产生的CO2可减少27%。美国GE和威立雅2020年的尝试显示,叶片重量65%以上可替代黏土和砂,约28%可替代煤炭,实现燃料与原料双重替代。

清水建设把叶片变成增碳材有什么目标?

目标是与新建项目合计年订单额约200亿日元。清水建设与大泷商店合作,将叶片粉碎固化制成炼钢用增碳材,让碳被钢材吸收,既减少排放又节约焦炭,并捆绑在风机重建咨询中。