大麻纖維制備BioBalsa有望替代輕木和泡沫用于風(fēng)電葉片

當(dāng)前世界對(duì)風(fēng)能的日益依賴，導(dǎo)致風(fēng)力葉片的需求量逐漸增大。但由于輕木的短缺和飛漲的成本，使其滿足風(fēng)能市場(chǎng)需求越來越困難。目前有部分葉片制造商在葉片尖端使用PET和PVC泡沫代替輕木，但部分區(qū)域比如葉片根部仍需要輕木來為葉片提供剪切模量。

近期葉片材料市場(chǎng)傳來好消息，總部位于加拿大的一家公司INCA Renewtech 據(jù)稱將為葉片市場(chǎng)提供一種輕木替代方案——一種可持續(xù)的生物復(fù)合材料，可在葉片的任何位置取代輕木。該公司稱，其生物復(fù)合材料（即BioBalsa?）由大麻纖維制成，密度與輕木相當(dāng)（每立方英尺10磅），并且此種材料纖維隨機(jī)擺放，其抗壓強(qiáng)度甚至比木材更好。該公司表示，BioBalsa 比輕木和泡沫更具有成本競(jìng)爭(zhēng)力和可持續(xù)性，同時(shí)它可設(shè)計(jì)為同時(shí)提供防潮和防火性。

此生物復(fù)合材料的大麻纖維來自加拿大大草原。據(jù)稱此大麻植物的高莖含有地球上某最強(qiáng)纖維，但未被充分利用。目前僅被用作馬的墊料和土壤修復(fù)。如果可以加工和提煉此類大麻作物以制造紡織級(jí)材料，大約99% 都是純纖維，人類就可以利用這種材料制備所需的生物基復(fù)合材料。本質(zhì)上可以說是一種廢物利用，從低成本原材料中獲得更高的價(jià)值的再生過程。

而本文提到的BioBalsa 就是由草皮中的短纖維（莖稈的木質(zhì)內(nèi)部部分）制成，替代玻璃纖維作為增強(qiáng)材料。據(jù)稱一立方米的BioBalsa可以隔離 260 公斤的二氧化碳。該公司技術(shù)人員繼續(xù)宣稱，與輕木的切割和銑削相比，BioBalsa 的生產(chǎn)減少107%的溫室氣體排放，并減少93%的廢物產(chǎn)生。它產(chǎn)生的碳排放量比PET少164%，廢物產(chǎn)生量比PVC泡沫生產(chǎn)少 99.56%，耗水量少“93%。

相關(guān)報(bào)道稱，固瑞特被 INCA公司的此生物基復(fù)合材料BioBalsa吸引。目前全球都在積極應(yīng)對(duì)雙碳目標(biāo)的達(dá)成，而風(fēng)力渦輪機(jī)行業(yè)的目標(biāo)就是零浪費(fèi)、可回收的渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步尋找減少其溫室氣體足跡的方法應(yīng)用于風(fēng)力葉片。因此，一種既是生物基又由回收成分制成的材料顯然是一種好處，并為可持續(xù)性和技術(shù)趨勢(shì)提供了答案。目前固瑞特對(duì)此BioBalsa產(chǎn)品完成了相關(guān)測(cè)試工作。而BioBalsa的特定特性，包括其密度和材料的樹脂吸收率，將決定風(fēng)力葉片的哪些部分最適合并與其他材料競(jìng)爭(zhēng)。

用于風(fēng)力葉片的 BioBalsa 將于 2024 年初在工廠開始大規(guī)模生產(chǎn)。與此同時(shí)，INCA 公司和固瑞特將通過獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的試驗(yàn)型BioBalsa葉片，以獲得新生物復(fù)合材料的廣泛市場(chǎng)認(rèn)可。

竹纖維用于風(fēng)電葉片

竹纖維用于風(fēng)電葉片也是這幾年興起的新興話題。在中國(guó)，早在2006年，就有學(xué)者研究先進(jìn)生物質(zhì)復(fù)合材料也就是竹纖維在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用。2010-2012年間就有中國(guó)葉片廠商嘗試用竹纖維制作葉片，比如當(dāng)年山東世紀(jì)威能開發(fā)的第一套具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的竹纖維風(fēng)力發(fā)電葉片，并交付三一集團(tuán)進(jìn)行掛機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電。中復(fù)連眾在2010年就嘗試研發(fā)1.5MW竹纖維復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片并成功下線。國(guó)外這幾年也有相關(guān)研發(fā)機(jī)構(gòu)和企業(yè)在研究將竹纖維運(yùn)用于葉片制作。但是都僅限于前沿研究，并未達(dá)到成熟規(guī)?；瘧?yīng)用。竹纖維具有優(yōu)異的產(chǎn)品性能，是復(fù)合材料理想的制造原料之一。且其可再生、可自然降解，綠色、環(huán)保性能突出。由于近年中國(guó)風(fēng)電建設(shè)從陸地到海洋，從陜北到向內(nèi)地?cái)U(kuò)展，對(duì)葉片葉型和材料本身提出了新的需求。作為環(huán)保加高性能竹纖維，即是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。

竹纖維復(fù)合材料具有十分廣闊的市場(chǎng)前景。經(jīng)過幾年的發(fā)展和市場(chǎng)定位，竹纖維復(fù)合材料已經(jīng)有汽車、風(fēng)電等工業(yè)化及建材等多領(lǐng)域的應(yīng)用。多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)可看出竹纖維復(fù)合材料將是由中國(guó)原創(chuàng)技術(shù)發(fā)明并主導(dǎo)的下一個(gè)千億級(jí)材料市場(chǎng)，并將在部分產(chǎn)業(yè)中代替?zhèn)鹘y(tǒng)復(fù)合材料和金屬材料。

生物源高分子材料—解聚雙向可控技術(shù)應(yīng)用于葉片

生物經(jīng)濟(jì)復(fù)合材料技術(shù)的下一步發(fā)展可以考慮生物源高分子材料的聚合—解聚雙向可控技術(shù)及其應(yīng)用。這個(gè)技術(shù)的突破將給像風(fēng)力發(fā)電葉片這樣大型產(chǎn)品的回收再利用開辟一條嶄新的道路。而這正是當(dāng)前風(fēng)電清潔能源開發(fā)中由廢棄葉片引發(fā)的環(huán)境不清潔不友好的一個(gè)困境。目前已知有成功研發(fā)的生物熱固性環(huán)氧樹脂。這種綠色環(huán)氧樹脂既可以與碳纖維復(fù)合生產(chǎn)高性能航空航天復(fù)合材料，也可以與玻璃纖維復(fù)合生產(chǎn)價(jià)廉物美的工業(yè)復(fù)合材料，甚至與植物纖維復(fù)合生產(chǎn)綠色復(fù)合材料等。目前，此種材料在中國(guó)商飛、空客公司和德國(guó)航空航天研究中心等高端客戶那里開展了應(yīng)用研究和評(píng)價(jià)，結(jié)果令人非常鼓舞。