廢塑“明星”：風電設備的循環之路

第16次北美（美國、墨西哥）塑料回收再生行業考察開始報名了！??！

風能作為全球脫碳化戰略中的中堅力量，正以前所未有的速度擴張。截至2024年，全球風電裝機容量已突破1,136吉瓦，約占全球電力總量的8.1%。按照國際能源署（IEA）的“凈零排放情景”，到2050年，風能有望提供全球電力的35%。然而，這一綠色革命背后潛藏著另一場挑戰——報廢風機的“退役危機”。

風電機組的典型壽命為20–25年。全球早期建成的風電場，如德國、丹麥、西班牙的項目，已陸續步入退役期；中國、美國等新興風電大國也即將迎來第一輪報廢潮。預計到2050年，僅風機葉片廢棄物就將達到每年300萬噸，整體風機退役物料量可能超過每年3.5億噸。

這不僅是一場材料回收的挑戰，更是一場能源、環境與經濟的系統性考驗。如何讓這些“綠色機器”的終點不成為環境的新負擔，是全球清潔技術領域亟待回答的問題。

圖 風力渦輪機的材料組成和回收。主要部件包括：基礎、塔架、轉子、機艙、齒輪箱和發電機以及齒輪傳動和直驅風力渦輪機的相關材料投入。常見材料包括鋼、鋁、混凝土、銅和復合材料，如玻璃纖維增強環氧聚合物和碳纖維增強環氧聚合物?，F代渦輪機的多種材料構成為報廢材料的回收帶來了挑戰和機遇。*星號表示常見做法，雙匕首表示可用但有限的應用，剖面符號表示可用但不經濟可行的方法，雙豎線表示正在開發中的應用。

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風電機組的材料構成與回收難題

1.1 材料結構的復雜性

一臺現代風電機組由約25,000個零部件組成，涵蓋結構、機械與電氣三大系統。主要材料包括鋼鐵、混凝土、銅、鋁、復合材料以及稀土磁體。

• 鋼鐵與混凝土：占整機質量的約90%，是風機塔架與基礎的核心結構。

• 復合材料（GFRP/CFRP）：主要用于葉片，具有高強度、輕量化的優點，但難以回收。

• 稀土永磁體（NdFeB）：用于直驅式發電機，是關鍵高值材料，含釹、鏑、鐵、硼等。

不同設計（直驅或齒輪驅動、陸上或海上）決定了材料比例的差異。例如，海上風機為抵御腐蝕和海浪沖擊，鋼材用量更大，而直驅系統則需要大量稀土磁體。

1.2 材料退役的現實困境

風機的多材料混合結構使得拆解復雜、成本高昂。復合材料中的熱固性樹脂不可再熔，稀土磁體封裝嚴密、難以取出，混凝土基礎體積龐大、幾乎無經濟回收價值。因此，目前全球范圍內仍有大量廢舊風機被填埋或焚燒，造成資源浪費和環境負擔。

圖 到2050年全球風力發電量增長和相關材料浪費。a. 2023年風力渦輪機裝機容量（兆瓦），基于IRENA數據。b. 根據國際可再生能源機構(2024)和國際能源機構凈零排放情景，2000年至2023年區域風能容量增長（GW）。c. 在25年的設計壽命后，容量增長所需的年度材料需求和由此產生的浪費(左圖從2000年到2050年)以及到2050年報廢（EOL）風力渦輪機的累積材料(中間圖形為總數、右圖為除混凝土和鋼鐵以外的材料的詳細分類)

回收與再利用：從機械粉碎到化學解構

2.1 金屬材料：成熟但有待優化

鋼鐵的回收技術最為成熟。采用電弧爐（EAF）再生可減少約70%的能耗和60%的碳排放，每回收1噸廢鋼可節省1.5噸CO?排放。然而，風機塔架體積巨大、位置偏遠、拆解困難，尤其是海上機組，導致實際回收率仍低于理論值。未來，通過綠色電弧爐+氫冶金結合，可進一步實現95%的減排潛力。

2.2 復合材料：風電回收的“頑固堡壘”

風機葉片主要由“玻璃纖維增強塑料(GFRP)”制成，部分大型葉片采用碳纖維增強塑料（CFRP）。其回收難點在于熱固性樹脂不可再熔化，目前主流路徑包括：

• 機械粉碎法：將葉片研磨成填充料，用于水泥或塑料制品，能耗低但價值有限。

• 水泥窯協同處理：在高溫中利用玻璃纖維替代部分水泥原料，同時焚燒樹脂供能，可減少約360 kg CO?e/噸廢料。

• 熱解與溶解法（Thermolysis / Solvolysis）：通過高溫或化學溶劑分解樹脂，回收長纖維與單體原料。雖具高潛力，但能耗大、成本高，尚處于試點階段。

未來方向是開發熱塑性復合材料，如可熔再成型的丙烯酸樹脂（Elium）葉片，使葉片能夠在報廢后通過熔融再利用，實現真正意義上的循環經濟。

2.3 稀土磁體：從“磁到磁”的高價值循環

永磁發電機中含有大量釹鐵硼磁體（NdFeB），每臺10 MW風機的磁體可達2.5噸。
回收技術分為三類：

• 短循環（Short-loop）：通過氫氣粉化法（HPMS）將舊磁體直接再燒結成新磁體，能耗減少約88%，碳排放低于原生產的80%。

• 中循環（Medium-loop）：熔煉回收稀土合金，用于制造新磁體。

• 長循環（Long-loop）：通過濕法冶金分離稀土氧化物，再重鑄為新材料。

其中短循環路線最具潛力，但需嚴格控制雜質。數字化“材料護照”將成為未來關鍵，可追蹤磁體化學成分與可再利用性，助力閉環回收體系建設。

從設計到政策：實現風機材料循環的系統路徑

3.1 循環設計（Design for Circularity）

要真正實現風電設備的可持續生命周期，關鍵不在“回收”，而在“可回收”。未來設計趨勢包括：

• 模塊化結構，便于拆解與分選；

• 可再生材料替代，如生物基樹脂、再生纖維；

• 輕量化與低碳結構，減少材料使用；

• 設計壽命延長與再制造，通過傳感監測實現生命周期優化。

歐洲在推動“產品生態設計法規（Ecodesign Regulation）”與“廢物框架指令（WFD）”，要求制造商披露材料構成與回收路徑。與此同時，行業正在建立“葉片護照”制度，確保材料流向可追蹤。

然而，政策與市場尚不平衡。復合材料再生產品市場不成熟、價格波動大；回收設施區域分布不均，尤其在發展中國家更為薄弱。未來亟需全球協調的政策體系與二次材料市場支撐。

圖4 風力渦輪機的壽命終止選項和材料流動路徑。減少風力發電對環境影響的關鍵行業內材料效率戰略，包括使用壽命延長、部分或全部重新供電以及各種壽命終止選項的退役。

表 纖維增強聚合物回收和報廢工藝概述，包括用于比較的原始材料能源需求

注：CF，碳纖維; CFRP，碳纖維增強聚合物; FRP，纖維增強聚合物; GF，玻璃纖維; GFRP，玻璃纖維增強聚合物; NA，不可用; TRL，技術準備程度。

未來展望：從廢棄到再生的能源閉環

隨著風電產業進入大規模退役期，風機的生命周期管理將成為可再生能源可持續性的關鍵環節。

• 技術層面：發展高效、低碳的復合材料回收與稀土循環工藝；

• 經濟層面：通過碳價與材料再生市場，提升回收的經濟吸引力；

• 社會層面：提升公眾對風機再利用的接受度與企業責任意識；

• 系統層面：將風機退役管理納入“綠色供應鏈”和“循環經濟”頂層設計。

風力發電設備的廢棄管理，既是環境挑戰，更是資源機遇。如果說風電是能源轉型的先鋒，那么它的退役處理方式，將決定綠色革命能否真正實現閉環。未來的風機，不僅要在風中發電，更要在報廢后繼續“再生發力”。

（資料來源：

Nature reviews

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