風力渦輪機的葉片通常設計為大約每 20 年更換一次。這意味著，隨著風能變得越來越普及，越來越多的這些龐大的玻璃纖維結構將被丟棄，其中許多最終可能會被埋在地下。為了鼓勵回收葉片，一個研究團隊開發了一種粘合樹脂——將纖維材料粘合在一起的成分——可以將其轉化為更有價值的物質。
密歇根州立大學化學工程和材料科學教授約翰·多根說：“我們專門設計了一個考慮了報廢的系統”，他參與了新樹脂的開發。這種樹脂在使用多年來加固風力渦輪機葉片或其他結構後，可以回收回另一個渦輪機葉片，或降級回收成可用於製造塑膠產品的複合材料。它也可以被加工以生產更有價值的化學品：這些升級回收的選擇包括防碎丙烯酸有機玻璃、尿布中使用的超吸收性聚合物和食品防腐劑乳酸鉀——多根曾用它製作小熊軟糖並吃掉。
風力渦輪機葉片通常長 170 英尺，大約相當於奧運會規格的游泳池的長度。但是，由於更大的渦輪機可以捕獲更多能量，一些海上風電場正在投資更高的裝置，這些裝置可以配備幾乎兩倍長的葉片。當這些巨大的葉片損壞或達到使用壽命時，必須停止使用。專家估計，到 2050 年，每年可能會有超過 200 萬噸的葉片材料退役。
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回收這些結構主要有兩個障礙。“首先是它們非常大，而且註定非常耐用——在天氣中持續 20 年或更長時間。因此，它們很難拆卸和移動，”國家可再生能源實驗室的風能分析師奧布林·庫珀曼解釋說，他沒有參與新樹脂的開發。另一個問題是“它們是由儘可能低成本的材料製成的 [這些材料] 仍然可以獲得您需要的效能。”為了獲得最高的效率，風力渦輪機葉片必須既輕又堅固，因此工程師通常用聚合物樹脂粘合在一起的玻璃纖維來製作它們。理論上，這種材料可以回收，但研究人員表示，由此產生的產品並沒有特別的價值。“主要問題是：這樣做根本不經濟，”多根說。“將其埋在地下比將其再加工成有用的東西更便宜。”
為了解決這個問題，回收風力渦輪機葉片必須變得更容易且更有利可圖。可再生能源行業的幾家公司——包括西門子歌美颯、通用電氣和維斯塔斯——正在努力解決這個問題，庫珀曼說。“任何使回收變得容易，使回收成本降低的事情，都會增加更多回收發生的可能性，”她指出。
多根和他的同事決定開發一種新型聚合物樹脂，這種樹脂可以在使用時將大型玻璃纖維結構牢固地粘合在一起，並且在葉片退役時可以將其轉化為各種產品。該團隊透過將聚乳酸（一種從植物中提取的聚合物）溶解在稱為甲基丙烯酸甲酯 (MMA) 的合成單體中，製成了一種糖漿狀樹脂。接下來，研究人員使用真空壓力將樹脂拉過玻璃纖維。在纖維浸漬液體後，樹脂硬化，產生固體玻璃纖維板。相同的工藝可用於製造更大的結構，包括風力渦輪機葉片和船體。該團隊本週在美國化學學會會議上展示了這項工作。
當需要回收他們的實驗性玻璃纖維板時，研究人員有幾個選擇。其中一種方法是，他們可以將面板壓碎並新增額外的聚合物，生產出可以透過注塑成型轉化為其他物體的塑膠材料。多根說，這種短纖維複合材料可能會成為計算機外殼或其他物體的基礎，但不會特別有價值。另一種選擇是用舊面板的殘餘物製造堅固的新面板：該團隊將面板浸泡在 MMA 單體中，MMA 單體溶解了硬化的樹脂——然後研究人員物理地移除了玻璃纖維。回收的“糖漿”用於製造新的玻璃纖維板，這些板具有與原始板相同的物理特性。
但剩餘的樹脂還有其他潛在用途。“如果能將風力渦輪機變成更有價值的東西，或者透過使用它來[製造高價值]產品，那將真正推動風力渦輪機的回收，”多根說。例如，將回收的樹脂進行不同的化學反應，團隊可以提取新的化合物。以這種方式產生的一種物質是聚甲基丙烯酸甲酯，一種丙烯酸聚合物，更廣為人知的名稱是有機玻璃。這種透明、防碎的物質被認為可以替代各種商品中的玻璃，從窗戶到汽車前燈。在高溫度下烹飪樹脂會產生聚（甲基丙烯酸），一種用於尿布和其他產品中的超吸收性材料。稍微多加工一點就會產生乳酸鉀，它被新增到各種食品中作為防腐劑。儘管多根確實用它製作了自己的小熊軟糖，但他並不一定認為自制糖果是提高風力渦輪機葉片可回收性的主要方法。他的目標是透過改變態度來鼓勵回收。
“我試圖突破人們對回收的看法，”他解釋說。“這關係到創造更多的選擇，並讓人們思考‘回收的真正限制是什麼？’據我所知，還沒有人將耐用的複合材料再加工成可以食用的東西。”