英国B&M Longworth公司是DEECOM复合材料回收工艺的开发商。据2023年9月6日消息,由其牵头组织的一个联合体(含多家合作伙伴)又开展了一个由Innovate UK(英国创新署)部分资助的EMPHASING项目,旨在调研玻璃纤维的真正升级回收,以提供具有二次应用巨大潜力的真正可行材料。
该联合体对风电叶片中使用的不可生物降解的玻璃纤维特别感兴趣,因为可以认为,与一些已知叶片材料(木材、铝、碳纤维)的回收相比,玻璃纤维被忽视了。此外,原始玻璃纤维的成本相对较低,约为每公斤2欧元。因此,目前该材料的二次使用是有限的,尚无商业案例。
此英国项目的目标是开发一种力学性能优于原始玻璃纤维但价格低于碳纤维的材料,提供一种可行的、商业上可接受的材料,可以弥补玻璃纤维和碳纤维之间的差距。
石墨烯被选为该项目的浸润剂
每个风电叶片都将被切割成商业上可接受的二次使用尺寸,并通过B&M Longworth公司在全球范围内开发并获得专利的“压力分解”工艺(也称为DEECOM)进行回收。这一过程使用过热蒸汽去除树脂,过热蒸汽经过加压和脱压循环,将树脂从纤维中剥离。与溶剂分解或热分解不同,压力分解不会以任何方式与纤维相互作用,因而能留下原始状态的纤维。在这一过程中,树脂也可以回收,但不是本项目的主题,正在通过另外的研发项目进行探索。
至关重要的是,从纤维上剥离树脂也会去除其浸润剂,这就使得纤维能够进行升级回收,可以根据需要重新涂覆浸润剂。
为了提高纤维的力学性能,将使用石墨烯作为回收纤维的浸润剂。该项目将确定石墨烯浸润剂对玻璃纤维力学性能的效果,以及使该材料用于商业用途的成本方程。该联合体认为,回收玻璃纤维的力学性能将居于玻璃纤维和碳纤维之间的中点附近,价位更接近原始玻璃纤维。
石墨烯因其多功能性和提高玻璃纤维档次的适用性而被选为该项目的浸润剂。单独而言,石墨烯是一种非常昂贵的材料。然而,与基础材料(玻璃纤维)相比,所需的石墨烯的量约为0.5%,因此使回收玻璃纤维的成本可以接受。
生产石墨烯的方法有很多,包括化学气相沉积、闪光焦耳加热、激光诱导石墨烯等。虽然生产方法对本研究项目并不重要,但需进行的全套工作将包括全生命周期分析(LCA),因此该项目特别考虑闪光焦耳加热法。“闪光石墨烯”是利用电脉冲将任何碳元素加热到3000°F而产生的。所有的非碳元素都被“升华”出来,留下石墨烯作为加热室内唯一剩下的材料。这一过程使石墨烯处于非堆叠(涡轮层)状态,以便于分散。
除了确定用石墨烯作浸润剂的玻璃纤维的材料特性外,还将制作一种悬架部件,并对比金属部件进行测试,以评估这种玻璃纤维制造结构部件的适用性。
该项目的最后一个环节是了解范围1和范围2(材料生产和制造阶段)的生命周期评价,以及范围3(在使用阶段减轻车辆部件重量)的生命周期评价。范围1数据将包括压力分解过程的CO2输出,以确保评估全部排放量。
EMPHASING项目将于2024年10月完成,其成员希望确保公布一个使用升级回收玻璃纤维的商业案例。