張榮琪

(中國物資再生協(xié)會纖維復合材料再生分會,北京 100037)

0 引言

為了保護和改善生態(tài)環(huán)境，防治固體廢物污染環(huán)境，保障公眾健康，維護生態(tài)安全，推進生態(tài)文明建設，促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展[1]，我國早在1995年就通過了《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》（下文簡稱《固廢法》）。為了貫徹習近平總書記提出的生態(tài)文明思想，立足新發(fā)展階段、貫徹新發(fā)展理念、構建新發(fā)展格局[2]，2020年4月29日，第十三屆全國人民代表大會常務委員會第十七次會議對《固廢法》進行了第二次修訂，并于2020年9月1日起正式施行[3-4]。據(jù)全國人大常委會法工委有關部門負責人介紹，此次法律修改突出問題導向，總結實踐經(jīng)驗，回應人民群眾期待和實踐需求，健全固體廢物污染環(huán)境防治長效機制，用最嚴格制度最嚴密法治保護生態(tài)環(huán)境[5]。

1 復合材料固廢回收及綜合利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況

1.1 復合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模

我國復合材料自從1958年成立的玻璃鋼小組研制成功第一塊玻璃鋼以來，歷經(jīng)60余載。目前我國復合材料的產(chǎn)量已經(jīng)躍居全球第一。產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過了人民幣2 000億/a；帶動上游材料（玻纖、樹脂）產(chǎn)業(yè)約5 000億/a銷售額。同時，為航空航天、交通運輸、電子電器、電力絕緣、化工防腐、風力發(fā)電、給排水、體育用品、園林景觀、建筑材料及制品等支柱產(chǎn)業(yè)提供了強有力的支撐。

1.2 復合材料累計產(chǎn)量及固廢產(chǎn)量

（1）全國復合材料產(chǎn)量及產(chǎn)廢量

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國在冊復合材料相關企業(yè)接近1萬余家。通過國家統(tǒng)計局對復合材料行業(yè)規(guī)上企業(yè)（422家）的產(chǎn)量統(tǒng)計，中國復合材料工業(yè)協(xié)會（原中國玻璃鋼工業(yè)協(xié)會）提供的歷年可考數(shù)據(jù)顯示，截至到2020年，我國復合材料累計產(chǎn)量已經(jīng)超過了4 164.89萬t。

圖1 熱固性復合材料產(chǎn)量（Figure1 Output of thermosetting composites）

以上數(shù)據(jù)為中國復合材料（玻璃鋼）工業(yè)協(xié)會歷年累計統(tǒng)計數(shù)據(jù)（規(guī)上企業(yè)數(shù)據(jù)）。

然而，根據(jù)中國合成樹脂協(xié)會不飽和聚酯樹脂分會的UP樹脂（不飽和聚酯樹脂）以及環(huán)氧樹脂協(xié)會的樹脂在纖維增強領域樹脂用量的統(tǒng)計，我國2020年的UP樹脂及環(huán)氧樹脂在復合材料行業(yè)的用量都接近210萬t。若按此數(shù)據(jù)初步測算，我國目前復合材料年產(chǎn)量超過600萬t；累計產(chǎn)量保守估算超過8 000萬t。

復合材料材料的制造工藝有模壓、拉擠、纏繞、手糊、真空輔助等主要基礎工藝，經(jīng)過綜合測算復合材料制造過程的邊角廢料（含報廢產(chǎn)品）約在5%左右。因此，由此估算，我國復合材料邊角廢料年產(chǎn)量約30萬t；累計產(chǎn)量超過400萬t，且逐年增長。復合材料產(chǎn)品的使用壽命普遍估計約在10～30年，據(jù)此推斷，2020年我國服役期滿的復合材料產(chǎn)品預計超過600萬t；2025年將超過1 300萬t；2030年將超過3 000萬t。

（2）風力發(fā)電機組復合材料產(chǎn)量及產(chǎn)廢量

風力發(fā)電機所用復合材料包括風電葉片和機艙罩。經(jīng)過歷年裝機容量以及經(jīng)驗數(shù)據(jù)，按16 kg/kW·h計算，可以測算逐年風電葉片產(chǎn)量及累計產(chǎn)量；根據(jù)葉片設計壽命，可以初步測算風機退役時的量。具體測算見表1。

表1 風電葉片及機艙罩產(chǎn)量/報廢率預測（Table1 The output/scrap rate about wind blade and naelle encloure）

2020年風電機組用復合材料年產(chǎn)量已經(jīng)達到114.7萬t；占全年復合材料總產(chǎn)量的19.1%?！疤歼_峰、碳中和”要求風電太陽能發(fā)電總裝機容量達到12億kW以上等任務。2021年，全國風電、光伏發(fā)電發(fā)電量占全社會用電量的比重約占11%，后續(xù)逐年提高，預計到2025年可能達到16.5%。到2025年總裝機容量達到5.4億kW·h；預計新增復合材料370萬t。

風電復合材料將會得到迅猛的發(fā)展，然而，隨著風電機組服役期滿后，大量的風電用復合材料將會被替換下來，根據(jù)上表預測，到2025年，累計將有19 984 t復合材料固體廢物產(chǎn)生；到2030年將會有302 880 t風電用復合材料產(chǎn)生，累計將有715 664 t固體廢物產(chǎn)生。

2 復合材料現(xiàn)有處理技術及存在的問題

目前已經(jīng)達到產(chǎn)業(yè)化階段和正在研究的回收技術有：重復利用法、機械粉碎法、熱解法、化學溶解法（溶劑法）、能量獲取法（電廠焚燒）、水泥窯協(xié)同處理法、生物降解法。各種回收技術各有千秋、各有利弊。

復合材料邊角廢料及服役到期產(chǎn)品、廢棄產(chǎn)品的處置方式，之前都是以填埋、焚燒為主。

熱固性樹脂基復合材料廢棄物常規(guī)條件下具有不熔不溶的特性，采取簡單填埋的辦法會浪費大量的土地資源，還會造成水土污染。目前，很多企業(yè)為了有限的經(jīng)濟利益，低價收購風電葉片，并通過拋棄或者電廠焚燒處置的方式進行葉片等復合材料回收；然而，簡單焚燒不僅會產(chǎn)生大量的黑煙和臭氣，對大氣環(huán)境造成嚴重污染，焚燒后的殘渣也會對環(huán)境造成嚴重污染。

2.1 重復利用技術、機械粉碎法回收技術已經(jīng)具備落地的條件

重復利用指的是，將葉片進行簡單分割，利用其未喪失的性能、功能，進行再次利用。比如：景觀、葉根部分作為疏水排污管道、主梁作為建筑用梁和支撐柱等、腹板做板材、殼體裁成板材做托盤等。目前，該方法是最簡單將復合材料制品的應用周期延長，是對其他材料的替代，給復合材料固廢回收新技術發(fā)展留出時間空間。

例如：將葉片裁切成條狀，然后組裝成托盤，可以替代大量的木托盤，成本低而節(jié)約碳排放。

機械粉碎法是通過機械撕碎、粉碎的方式將葉片等復合材料固體廢物做出塊狀、纖維狀、粉末狀等進行綜合利用的方法。該方法運行成本低，最易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。目前已經(jīng)有了相對成熟的粉碎生產(chǎn)線，并可以經(jīng)過多級分選，將不同性質(zhì)的材料分離出來。所得到的玻纖和粉末可以添加到復合材料產(chǎn)品、抗裂砂漿、建筑板材、石膏板、木塑板、塑料改性制品等。目前該技術方案在木塑產(chǎn)品的應用已經(jīng)初見成效。

2.2 關于焚燒處置存在的問題

通過焚燒處置風電葉片等復合材料固體廢物的方式有兩種：垃圾發(fā)電和水泥窯協(xié)同處理，其原理都是將有機成分燃燒以獲取能量；但由于高溫都將導致復合材料中玻璃纖維熔化。

德國北部建立了一個水泥協(xié)同處理廠，該廠每年使用約15 000 t復合材料廢棄物（歐洲的復合材料中玻璃纖維幾乎都是無堿玻璃纖維），其中10 000 t來自風電葉片。該工廠的總產(chǎn)能為30 000 t/a，成本約為150歐元/t（入場費）。但是,WindEurope、Cefic和EuCIA大力支持通過開發(fā)替代回收技術來增加和改進復合材料廢物的回收利用，這些技術可以產(chǎn)生更高價值的回收利用物（包括樹脂和纖維），并能夠生產(chǎn)新的復合材料。熱回收或化學回收技術的進一步發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化可能為復合材料使用部門（包括風電行業(yè)）提供額外的壽命終止解決方案。

《固廢法》于2020年9月正式實施后，生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)生的邊角廢料以及服役期滿的應用領域的復合材料固體廢物，基本已經(jīng)無法通過填埋來處置。但由于綜合利用的產(chǎn)業(yè)化回收技術成本高，效益價值低，產(chǎn)業(yè)化難以實現(xiàn)，導致產(chǎn)廢企業(yè)選擇垃圾焚燒、電廠焚燒處置。

我國水泥窯協(xié)同處理目前還沒有產(chǎn)業(yè)化處置的基礎。水泥窯協(xié)同處理需要對復合材料固體廢物進行粉碎，但如果粉碎后不做均化處理，難以保證纖維復合材料物料的纖維含量的穩(wěn)定性（葉片固廢中葉根部分和葉尖部分的纖維含量不同、其他復合材料制品纖維含量不同）。同時，我國復合材料中玻璃纖維既有無堿玻璃纖維、中堿玻璃纖維，甚至還有大量的高堿玻璃纖維，這將導致水泥中堿金屬物含量、玻璃含量的不穩(wěn)定，難以保證水泥品質(zhì)一致性。另外，由于復合材料固體廢物中樹脂含量的不穩(wěn)定，導致過程中提供能量不穩(wěn)定造成排放不達標的隱患。若將復合材料固廢粉碎后進行均化處理，其成本更高。水泥窯系統(tǒng)處置從根本上講，是對可再生資源的浪費，無法實現(xiàn)固體廢物的資源化綜合利用，和“碳達峰、碳中和”的目標。

2019年國內(nèi)某知名玻璃企業(yè)，在處置太陽能光伏支架（纖維復合材料拉擠制品）時，在爐體內(nèi)添加光伏支架復合材料固體廢物，結果導致鍋爐爆炸。類似事件在其他企業(yè)也出現(xiàn)過。將復合材料固體廢物進行焚燒發(fā)電，存在更多的問題：

（1）法律要求

《固廢法》第三十六條內(nèi)容規(guī)定：“產(chǎn)生工業(yè)固體廢物的單位應當建立健全工業(yè)固體廢物產(chǎn)生、收集、貯存、運輸、利用、處置全過程的污染環(huán)境防治責任制度，建立工業(yè)固體廢物管理臺賬，如實記錄產(chǎn)生工業(yè)固體廢物的種類、數(shù)量、流向、貯存、利用、處置等信息，實現(xiàn)工業(yè)固體廢物可追溯、可查詢，并采取防治工業(yè)固體廢物污染環(huán)境的措施。禁止向生活垃圾收集設施中投放工業(yè)固體廢物[4]?！?/p>

《固廢法》明確規(guī)定了工業(yè)固體廢物與生活垃圾不能混合處理。而復合材料固體廢物目前的處置方式基本都是交到垃圾發(fā)電廠進行摻燒處置[4]。

（2）極大的安全隱患

由于復合材料固體廢物中含有大量的玻璃纖維，在經(jīng)過1 000℃以上的高溫后，玻璃纖維將會融化成玻璃液態(tài)，由于重力原因，其會向下流淌，堵住焚燒爐的篦子，極易造成爆炸。在近些年的企業(yè)焚燒行為中，已經(jīng)發(fā)生過兩次的鍋爐爆炸事故。

（3）極大的環(huán)境排放不達標隱患

由于復合材料邊角廢料及制品中樹脂含量不一致，導致有機成分在燃燒過程中所提供的熱量不穩(wěn)定，這將無法保證爐體內(nèi)溫度的不穩(wěn)定，有機物會出現(xiàn)燃燒不充分的現(xiàn)象，將會產(chǎn)生大量的有毒有害有機小分子物，導致排放不達標[6]。

（4）增加碳排放量

復合材料的基體樹脂是有機高分子相當于燃料油的碳排放系數(shù)，碳排放系數(shù)約3.1705 kgCO2/kg。這種處理方式大大增加了碳排放量，不利于“3060”目標（即2030年碳達峰，2060年實現(xiàn)碳中和）的實現(xiàn)。

（5）對資源極大浪費

復合材料固體廢物包含了樹脂有機高分子成分和玻璃纖維成分。如果進行焚燒后，玻璃纖維將成為無法利用的廢物只能進行填埋，再次占用土地資源；若通過重復利用或者機械粉碎法，可以發(fā)揮其保留的功能性能，繼續(xù)應用到相關領域，可節(jié)約資源能源。當化學降解技術產(chǎn)業(yè)化后，樹脂高分子成分將會被降解成新的高分子材料，降解后得到的纖維強度損傷小，可以繼續(xù)作為增強材料應有的相關領域，這將大大節(jié)約化石資源和礦產(chǎn)資源，同時對“雙碳”目標的實現(xiàn)做出巨大貢獻。

（6）回收企業(yè)擾亂市場，監(jiān)管難度大

通過垃圾焚燒處置復合材料固體廢物的企業(yè)，沒有回收能力，充其量只是固廢的“二傳手”。

這將違反《固廢法》中的第三十七條內(nèi)容：“產(chǎn)生工業(yè)固體廢物的單位委托他人運輸、利用、處置工業(yè)固體廢物的，應當對受托方的主體資格和技術能力進行核實，依法簽訂書面合同，在合同中約定污染防治要求。

受托方運輸、利用、處置工業(yè)固體廢物，應當依照有關法律法規(guī)的規(guī)定和合同約定履行污染防治要求，并將運輸、利用、處置情況告知產(chǎn)生工業(yè)固體廢物的單位。

產(chǎn)生工業(yè)固體廢物的單位違反本條第一款規(guī)定的，除依照有關法律法規(guī)的規(guī)定予以處罰外，還應當與造成環(huán)境污染和生態(tài)破壞的受托方承擔連帶責任[4]?！钡囊螅渲挟a(chǎn)廢企業(yè)將會有法律風險。

（7） 阻礙纖維復合材料固體廢物回收綜合利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展

由于目前電廠焚燒以風電葉片為代表的復合材料固體廢物，其處置成本低；而綜合利用企業(yè)現(xiàn)階段成本高，這就導致正規(guī)回收綜合利用企業(yè)面臨無法收集到固體廢物材料。這將從源頭扼殺風電葉片等復合材料固體廢物資源化利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展。根本無法實現(xiàn)資源化利用、無害化處置。

然而，纖維復合材料再生產(chǎn)業(yè)的發(fā)展資源化的關鍵是回收物的綜合利用，隨著粉碎添加應用面的擴張，高值化應用完全可以實現(xiàn)；隨著化學降解技術的發(fā)展，有機高分子和玻纖固體廢物“吃干榨凈”的模式，必將實現(xiàn)。

3 葉片回收產(chǎn)業(yè)必由之路

國家能源結構調(diào)整的戰(zhàn)略調(diào)整，“3060”清潔能源的發(fā)展目標，導致風電葉片等復合材料固體廢物的資源化利用被推到了風口浪尖上，若是風電葉片等復合材料固體廢物的處置得不到很好的解決，將會直接影響風能清潔能源的發(fā)展。因此，如何正確引導并向資源化利用是行業(yè)發(fā)展的關鍵。

風電葉片的回收綜合利用階段必須經(jīng)過收集、處置和綜合利用開發(fā)。目前由于處置和綜合利用企業(yè)無法得到葉片資源（焚燒處置的成本比重復利用、機械粉碎等回收方法低），導致綜合利用的開發(fā)無法實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，阻礙了葉片回收的資源化發(fā)展之路。無論重復利用、機械焚燒、熱解、化學降解等，都無可避免地要采用機械粉碎的過程方法，也只有經(jīng)過機械粉碎、玻纖和樹脂粉末的分離，才能更精準、更高值化的應用到下游產(chǎn)品領域，保證下游產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性[7]。當下游綜合利用產(chǎn)品產(chǎn)生高效益效益時，才能推動復合材料固體廢物的資源化利用、降低產(chǎn)廢企業(yè)的成本，最終實現(xiàn)固廢資源的回收綜合利用[8]。

目前，江蘇某企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)通過機械粉碎，將葉片等復合材料固體廢物粉碎成纖維狀、粉末狀回收物，并將回收物添加到木塑產(chǎn)品中，代替部分木粉，不但實現(xiàn)了產(chǎn)品成本的降低，同時還提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，產(chǎn)生了一定的效益價值。

對于風電葉片復合材料固體廢物，應該由產(chǎn)廢單位與回收處置單位、綜合利用單位組成利益共同體，降低過程成本，加快風電葉片復合材料固體廢物資源化綜合利用的進程，早日實現(xiàn)葉片生產(chǎn)、應用、退役、處置、綜合利用全壽命過程的閉環(huán)，并實現(xiàn)復合材料的重生，產(chǎn)生新的效益價值。

4 結語

隨著《固廢法》的二次修訂、“碳中和，碳達峰”相關政策的陸續(xù)啟動，對工業(yè)固體廢棄物的處理又有了新的要求和標準。在行業(yè)發(fā)展新趨勢的影響下，企業(yè)也要思考如何在提高效率效益的同時，保護環(huán)境，貫徹落實習總書記提出的生態(tài)文明思想，向著可持續(xù)發(fā)展的道路穩(wěn)步邁進。