《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Effects of sample dimensions on pyrolysis performance of waste wind turbine blades via electromagnetic induction heating
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•在WWTB的EIH热解过程中，尺寸效应得到了揭示。•尺寸可能影响气体和液体产物的分布。•较小的尺寸导致回收纤维中残碳含量降低。•较大的尺寸有利于保持回收纤维的力学性能。引言可再生能源在全球能源供应链中的占比正在快速增长。风能作为可再生能源的关键组成部分，正在成为能源基础设施
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在WWTB的EIH热解过程中，尺寸效应得到了揭示。
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尺寸可能影响气体和液体产物的分布。
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较小的尺寸导致回收纤维中残碳含量降低。
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较大的尺寸有利于保持回收纤维的力学性能。
引言
可再生能源在全球能源供应链中的占比正在快速增长。风能作为可再生能源的关键组成部分，正在成为能源基础设施转型的重要推动因素。风力发电产业的稳健扩张可以显著减少对传统化石燃料的依赖并减轻环境污染[1]。预计到2030年，全球风电装机容量将达到2 TW，其中中国、美国、德国和印度将作出重大贡献[2]。然而，风电装机量的持续增长也带来了相当大的环境挑战。风电机组叶片是风力发电机组的基本组成部件，通常使用寿命为20-25年。随着这些叶片逐渐接近使用寿命末期，预计未来几年将积累大量废弃风电机组叶片（WWTB）[3]。如果WWTB不能得到及时高效地回收，它们不仅会消耗大量土地资源，还会在长期储存过程中释放有毒有害物质，加剧环境危害[4]。因此，开发WWTB的绿色可持续回收技术至关重要，这对实现这些材料的闭环回收起着关键作用。
目前，WWTB的主要回收途径有三种：机械回收、化学回收和热回收[5], [6], [7]。对于热解技术，加热方式包括常规加热、微波加热以及新兴的电磁感应加热（EIH）。与常规加热和微波加热相比，EIH具有显著的优势，包括成本低、加热速度快和能耗低[8]。EIH是一种非接触式加热方法，交流电通过感应线圈产生交变磁场，使磁化材料内部电子运动方向持续变化，从而产生电子摩擦并生热[8]。EIH已广泛应用于金属加工、焊接、非金属热解、热处理和医学等多个领域[9], [10], [11], [12]。近年来，EIH在劣质碳资源（如废塑料和生物质）的热解回收中备受关注。Wu等[8]提出了一种方法，在EIH设备中引入金属颗粒快速热解芦苇秸秆，从而生产高质量生物燃料。实验结果表明，加入金属颗粒可以显著增加生物油收率，增强传热，强化分解反应，提高能源效率和生物燃料质量。Pan等[13]发现，在400 kHz磁场下，核桃壳热解炭可以快速加热至高温，并与CaO反应生成CaC2，为CaC2的固态合成提供了一种新方法。因此，EIH已被证明是一种在各领域具有巨大应用潜力的新兴技术。
利用EIH技术热解回收废塑料在减少环境影响和实现废塑料闭环回收方面发挥着关键作用。Wong等[14]对高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和聚丙烯进行了EIH热解和催化热解研究，揭示了塑料可以根据预期用途转化为蜡、气体和液体产物。其研究进一步表明，EIH是一种快速、节能和多功能的塑料升级技术。产物可从轻质气体到汽油和柴油进行调整[15]。因此，EIH技术在塑料热解中已得到广泛应用。然而，EIH热解的规模化仍面临若干工程挑战。特别是，增大反应器尺寸和处理能力需要仔细优化感应功率、线圈配置、反应器几何形状和传热，以维持足够均匀的温度场[16], [17]。由于处理能力高度依赖于反应器设计和原料特性，目前尚无法定义EIH热解的通用处理能力。令人鼓舞的是，针对其他原料的中试和工业化研究表明EIH反应器具有放大可行性，但对于异质WWTB可达到的处理能力和加热均匀性仍需进一步研究[16], [17]。然而，据我们所知，EIH尚未被系统研究用于WWTB的热解回收，其对异质纤维增强热固性复合材料的适用性仍不清楚。
样品尺寸是热解中的一个重要参数，因为它影响颗粒内的传热和传质，从而影响挥发分行为和产品分布[18], [19], [20]。粒径效应在生物质热解中已被广泛证实[18], [20]，最近的一项研究进一步表明，退役WWTB的切割尺寸可以改变热解产物的组成[21]。此外，尺寸效应预计取决于加热模式。常规加热从外部向原料内部传递热量，而微波加热可以在微波响应材料内部体积式地产生热量[22]。在EIH中，电磁能直接在导电加热介质中转化为热能，从而实现更快的热响应[8], [23]；然而，对于非导电的WWTB，热量仍然从加热介质向样品内部传递[8]。因此，EIH的快速外部加热可能使热解性能对样品尺寸尤为敏感。然而，对于WWTB，样品尺寸如何与EIH的快速外加热至内加热特性相互作用仍不清楚。因此，本研究系统研究了粒径和块状样品横截面积对玻璃钢（GFRP）和碳纤维增强聚合物（CFRP）基WWTB的产物分布、残碳量以及回收纤维力学性能的影响。
章节摘要
材料与试剂
本研究使用的WWTB采购自位于中国河北省的一处风电场。由于其组成异质性，WWTB被分为两类：GFRP和CFRP。WWTB通过切割和研磨进行机械处理，以获得实验所需的尺寸。所得块状样品被命名为基于玻璃纤维的WWTB块状样品（W-Block-GF）或基于碳纤维的WWTB块状样品（W-Block-CF），而粉末样品则为
尺寸对粉末样品热解性能的影响
在最佳热解条件下，对W-Powder-GF进行了热解实验（热解参数的优化见支持信息）。
为了研究粒径对热解产物分布的影响，使用不同粒径范围的W-Powder-GF粉末样品进行了EIH热解实验，如图2（a）所示。显然，当粒径范围从0.3-0.15 mm减小到0.15-0.075 mm时，
结论
总之，EIH有效实现了WWTB的热解，样品尺寸对产物分布、BPA选择性、残碳量和回收纤维性能具有显著影响。对于GFRP粉末，0.15-0.075 mm组分的液体收率为48.9%，BPA含量为38.1%，而CFRP粉末的BPA含量达到31.4%。将GFRP块状样品的横截面积从100减小到9 mm2后，酚类物质从79.8%增加到81.9%，BPA选择性提高到47.1%，残碳量降低
缩写表
| 缩写 | 全称 | 缩写 | 全称 |
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| BPA | 双酚A | OPC | 有机聚合物含量 |
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| CF | 碳纤维 | P-O-GF | 热解-氧化玻璃纤维 |
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| CFRP | 碳纤维增强聚合物 | RCC | 残碳含量 |
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| DTG | 微分热重分析 | SEM | 扫描电子显微镜 |
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| EIH | 电磁感应加热 | TG | 热重分析 |
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| FBR | 固定床反应器 | TGA | 热重分析 |
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| FWL | 最终失重 | W-Block-CF | 碳纤维基WWTB块状样品 |
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| GC | 气相色谱 | W-Block-GF | 玻璃纤维基WWTB块状样品 |
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| GC-MS | 气相 |
|---|
CRediT作者贡献声明
Fan Lei：验证。Zhehan Li：写作——初稿，正式分析，数据管理，概念构思。Xing Zhou：写作——审阅与编辑。Huacong Zhou：写作——审阅与编辑，概念构思。Quansheng Liu：资源支持。Na Li：项目管理。Jianxiu Hao：指导监督。Yanpeng Ban：指导监督，资源支持。Jianbin Duan：软件。Jie Hou：调查。Hengbo Zhang：可视化。
生成式人工智能和AI辅助技术在写作过程中的声明
声明：作者声明在本手稿的准备过程中未使用任何生成式人工智能或AI辅助技术。所有文本内容、数据分析、解读和图表均由作者独立完成。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报道工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究得到国家自然科学基金（22468035，22468036，22368038，22308048）、内蒙古自治区自然科学基金（2024QN02018，2025MS02030）、内蒙古科技大学青年教师启动基金（XNY2025024）、内蒙古一流学科研究专项（YLXKZX-NGD-045）、内蒙古自治区引进高层次人才研究基金以及基础科学研究
Zhehan Li|Fan Lei|Hengbo Zhang|Jie Hou|Jianbin Duan|Yanpeng Ban|Jianxiu Hao|Na Li|Quansheng Liu|Huacong Zhou|Xing Zhou
