风电叶片回收的可持续性权衡：基于社会经济路径与气候政策的前瞻性评估

首页今日动态人才市场新技术专栏中国科学人云展台
BioHot
云讲堂直播会展中心特价专栏技术快讯免费试用

生物通官微
陪你抓住生命科技
跳动的脉搏

生物通首页 > 今日动态 > 正文

《ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT》：Trade-offs between circularity and sustainability: A prospective sustainability assessment of wind turbine blade recycling considering socioeconomic pathways and climate policies

【字体：大中小】 时间：2025年10月28日 来源：ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT 10.9

编辑推荐：

　　随着风电装机容量激增，废弃风机叶片(WTB)的玻璃纤维增强复合材料(GFRP)回收成为严峻挑战。本研究通过前瞻性生命周期评估(LCA)，对比水泥协同处理与热解-再熔融等四种回收方案在SSP-RCP情景下的环境经济表现。结果显示，强气候政策下水泥协同处理可实现-893 kg CO2-eq/吨叶片的碳减排，而热解-冷凝方案通过技术创新将成本从780€降至702€/吨。研究揭示了能源系统转型与政策情景对循环经济决策的关键影响，为风电产业碳中和路径提供科学依据。

随着全球能源转型进程加速，风电装机容量在1998至2023年间实现了近百倍的增长，但这场绿色能源革命也带来了新的环境挑战——数以万吨计的退役风机叶片正逐渐堆积成山。这些长达数十米的巨型构件主要由玻璃纤维增强复合材料(GFRP)构成，其坚固耐用的特性在服役期间是优点，但在退役后却成为循环经济的技术瓶颈。据统计，到2030年全球将积累35万吨风机叶片废物，到2050年这一数字将飙升至4300万吨，相当于每台退役风机近85%的材料（如钢材）可被回收利用，但叶片却因缺乏成熟回收技术而面临被填埋的命运。

这一严峻问题催生了学界对风机叶片末端处理方案的深度探索。以往研究多聚焦于机械粉碎、水泥窑协同处理等传统方法，但往往受限于降级回收价值或技术成熟度。丹麦南大学循环经济工程团队首次将前瞻性建模与多情景分析相结合，在《ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT》发表的研究中，构建了覆盖2030-2050年的动态评估框架，揭示了不同回收路径在气候政策更迭下的演化规律。

研究人员通过整合工业级试验数据与共享社会经济路径(SSP)模型，开发了包含四个核心场景的评估体系：基于挪威HOTDISC技术的水泥协同处理(Cem-Hdisc)、德国 volumetric dosing unit (VDU)的精细粉碎协同处理(Cem-VDU)、热解-冷凝回收(Pyro-Cond)以及热解-生物甲烷化(Pyro-Meth)方案。每个方案均通过物料流分析(MFA)精确量化从叶片切割、运输、粉碎到最终处理的全链条能耗与产物，并采用ReCiPe2016方法计算18项中点指标和3项终点损害指标。关键技术方法包括：基于REMIND综合评估模型的边际电力预测、通过Aspen Plus?V11模拟的热解气体生物甲烷化流程、以及结合工业合作伙伴提供的叶片材料护照(BMP)数据建立的动态库存数据库。

3.1. 全球变暖潜能值(GWP)的时空演变规律

研究发现所有方案均能实现负碳效益，但性能随技术类型与时间呈现显著差异。在强气候政策(RCP2.6)背景下，水泥协同处理方案展现稳定减排效果，2030-2050年间平均GWP为-860至-893 kg CO₂-eq/吨叶片。其减排主要源自替代燃料（占避免排放的77%）和矿物原料替代（12%）的双重贡献。而热解-冷凝方案则表现出明显的技术学习曲线，GWP从2030年的-858 kg CO₂-eq/吨叶片提升至2050年的-1019 kg CO₂-eq/吨叶片，这得益于电力结构绿色化与热解效率提升的协同作用。

3.2. 诱导排放与避免排放的权衡机制

通过解构净GWP构成发现，水泥方案中切割工序（燃料消耗与颗粒物排放）贡献了22%的诱导排放，而热解方案的主要排放源来自气化过程（63%）。在避免排放侧，热解-冷凝方案通过回收热解气发电供能（58%）和玻璃纤维再熔融（22%）实现碳抵消，其纤维再熔融工艺经大规模试验验证，再生纤维力学性能达到原生E-glass标准，突破了过去热解纤维只能降级使用的技术局限。

3.3. 终点损害类别揭示多维影响

在资源消耗、人类健康和生态系统质量三大终点指标上，水泥协同处理表现最优（如2050年资源节约达-317 USD/吨叶片）。值得注意的是，热解-甲烷化方案在人类健康指标呈现正值（+0.0012 DALY/吨叶片），表明其高能耗特性可能带来健康负担。研究还发现背景电力系统的边际结构决定方案优劣——当电力需求增长时，边际mix以可再生能源为主；而需求下降时，延役化石能源技术将成为边际供应商，这直接影响回收方案的环境效益。

3.4. 经济可行性呈现技术路径分化

门费分析显示，水泥协同处理因可利用现有设施改造，成本最低（Cem-Hdisc从305€/吨升至421€/吨）；而热解-冷凝方案虽初始成本较高（780€/吨），但通过技术进步可实现成本下降（2050年降至702€/吨）。研究特别指出，德国与西班牙现有48座水泥厂已具备替代燃料使用基础，为叶片回收提供快速推广可能。

3.5. 多指标协同评估揭示决策权衡

通过标准化对比五类核心指标发现：水泥方案在资源、健康、生态指标上表现均衡，而热解-冷凝在碳减排维度领先。这种性能分异凸显了决策中需权衡短期减排效益与长期循环目标的复杂性。例如Pyro-Meth方案虽环境表现欠佳，但其产生的可再生甲烷对燃气部门脱碳具有战略价值。

该研究通过动态建模突破了传统生命周期评估的静态局限，证实风机叶片回收的环境经济效益高度依赖能源系统演进轨迹。在SSP5-1.9（化石燃料发展结合激进气候政策）情景下，所有方案性能最优，而这要求2030年前实现能源系统深度脱碳。研究强调，单纯追求材料循环率未必带来环境最优解——水泥协同处理通过能源替代实现高效减排，而热解-再熔融则通过材料闭环展现长期潜力。这些发现为欧盟《循环经济行动计划》和《可持续活动分类方案》提供了定量依据，提示政策制定需结合技术成熟度与区域能源结构实施差异化扶持。随着2025年欧洲 landfill ban（填埋禁令）生效，这项研究为风电产业迎接必然到来的报废浪潮提供了科学导航图。

热点排行

新闻专题

联系信箱：

粤ICP备09063491号