光伏废料中EVA树脂的自生压力热解升级再造：制备超级电容器材料与富甲烷可燃气的绿色路径

针对光伏废弃物中EVA树脂回收难题，本研究开发了自生压力热解(APP)结合KOH活化技术，将其转化为分级多孔碳(HPC)和富甲烷燃气(43.39 vol%)。所得HPC比表面积达765.4 m2/g，在6 mol/L KOH电解液中比电容为152 F/g，为光伏组件全物质回收提供了技术支撑。

　　

随着全球能源转型加速，光伏发电装机量呈现爆发式增长，2024年新增装机达402.3 GW。然而光伏组件的使用寿命通常只有20-25年，预计到2030年将迎来光伏废弃潮，2050年累计废弃量将达到7800万吨。这些废弃组件若处理不当，将对环境和人类健康造成严重威胁。

光伏组件中EVA（乙烯-醋酸乙烯酯）树脂作为核心封装材料，占总质量的10%-13%，目前主要通过焚烧或填埋处理，不仅造成资源浪费，使用化学溶剂溶解还会产生二次污染。EVA树脂含碳量高，是制备碳材料的理想前体，但传统热解方式难以同时获得高价值碳产品和清洁能源。

在这项发表于《Fuel Processing Technology》的研究中，同济大学研究团队开发了一种自生压力热解(autogenic pressure pyrolysis, APP)新技术，成功将光伏废弃物中的EVA树脂转化为高附加值的分级多孔碳(hierarchical porous carbon, HPC)和富甲烷可燃气体，实现了"变废为宝"的资源化利用。

研究采用几个关键技术方法：首先通过热重分析确定EVA树脂的热分解特性；接着在密闭反应器中进行自生压力热解，系统研究温度（400-700°C）对产物分布的影响；然后使用KOH活化法制备分级多孔碳；最后通过扫描电镜、比表面积分析、X射线衍射和电化学测试等手段对产物进行表征。实验材料包括从废弃光伏板中提取的EVA树脂(U-EVA)和四种商业EVA树脂(V-EVA)。

热分解特性研究表明，EVA树脂的热解分为两个阶段：250-400°C主要发生脱乙酰反应，生成乙酸；400-500°C为聚合物主链断裂和碳化主要阶段。温度升高促进甲烷生成和碳产率，700°C为最佳热解温度。

产物分布分析显示，在700°C时，V-EVA32%,43的气、液、固产物产率分别为54.36%-56.91%、8.70%-15.76%、27.90%-36.38%，U-EVA相应为50.21%-53.42%、9.37%-10.75%、36.87%-39.39%。自生压力环境促使一次热解产物发生二次反应，生成传统热解无法获得的热解碳。

气相产物组成随温度变化显著。700°C时，V-EVA32%,43热解气中甲烷含量达43.39 vol%，氢气为4.67 vol%。甲烷既来源于低温下的脱乙酰反应，也来自高温下长链气态烃的二次裂解。

液相产物分析表明，热解油主要包含芳烃、烷烃衍生物、酯类、酮类等化合物。700°C时，V-EVA32%,43热解油中荧蒽(38.33%)和苯并[k]荧蒽(28.62%)成为主要芳香组分。U-EVA热解油中还检测到有机硅化合物和酚类物质，可能源自工业树脂中添加的抗氧化剂。

热解碳特性研究发现，700°C制备的碳材料碳含量超过90%，且主要由直径2-10μm的碳球组成，表面光滑。KOH活化后，碳球表面出现明显裂纹和孔隙，形成分级多孔结构。比表面积分析显示，HPCV-EVA28%,150的比表面积最高，达765 m2/g，其中微孔表面积425 m2/g，中孔表面积341 m2/g。

X射线衍射分析表明，热解碳在26°和43°处出现石墨特征衍射峰，说明具有良好的石墨化性能。KOH活化后，层间距d₀₀₂从3.4?增加到6.0?，这是由于高温下KOH还原产生的金属钾原子插入石墨微晶碳层间所致。

电化学性能测试显示，HPCV-EVA32%,43在1 A/g电流密度下的比电容为125 F/g，在0.2 A/g时达到152 F/g。循环伏安曲线呈现准矩形，充放电曲线呈等腰三角形，表明其具有典型的双电层电容特性。与其他前体制备的碳材料相比，EVA树脂衍生的HPC表现出优异的电化学性能。

研究表明，通过调控EVA树脂的VA含量和熔融指数(MI)，可以优化热解产物分布和碳材料性能。VA含量越高、MI值越大，甲烷和热解碳产量越高；而MI值较低的树脂对化学活化表现出更强的反应性。这为不同来源EVA树脂的定向转化提供了理论依据。

该研究开发的自生压力热解技术不需要催化剂，反应在密闭条件下进行，避免了热解过程中的气体排放，大大降低了环境风险。同时，该过程将约51.74±6.83 wt%的碳保留在固体产物中，有效减少了碳排放；72.74±7.30 wt%的氧转化为气相，促进了脱氧反应。

这项工作为光伏废弃物中EVA树脂的高值化回收提供了一条绿色高效途径，同时为能源存储应用提供了先进分级多孔碳材料的可持续合成方法。通过将EVA废弃物从"环境负担"转化为"化工原料"，该技术为构建可持续、全组件回收的光伏废弃物管理策略提供了关键数据和技术支持，对推动光伏产业循环经济发展和实现碳中和目标具有重要意义。