风力涡轮机中的塑料?

风力涡轮机是塑料帮助应对气候危机的一个令人惊讶的应用。剑桥大学的Darshil Shah带Verner Viisainen到剑桥郡Godmanchester的Wood Green动物慈善机构参观风力涡轮机，并向他解释为什么塑料对于风力涡轮机这样的结构是必不可少的。

Verner -好的，Darshil，我们就站在风力涡轮机旁边，哪些部件是用塑料做的?

达希尔-塔是完全由钢铁制成的，但所有的复合材料和塑料材料都在叶片上。

为什么刀片要用塑料?

达希尔:我们一直在用增强塑料制造这些东西，主要有两个原因。首先，如果叶片形状特别符合空气动力学，风力涡轮机的效率会更高。为了形成这些高效的叶片形状，你需要能够将它们弯曲、变细和扭曲成非常特定的轮廓，这些都是通过增强塑料制造的。复合材料的另一个关键优势是它们具有很高的强度和刚度重量比。相对于自身的重量，它们的强度和硬度令人难以置信，这一点很重要，因为叶片越轻，整个涡轮机的发电效率就越高，这就是风力涡轮机的全部目的。

弗纳:你提到这些不是旧塑料，它们是所谓的“复合材料”。那么什么是复合材料呢?

达希尔:在这种情况下，我们把它们称为增强塑料，通常它们是纤维增强塑料。聚合物本身可以从石油化工原料中合成。在这种情况下，它是基于环氧树脂。纤维本身提供了粘性和强度。在这种情况下，使用的是玻璃纤维。这种叶片只有大约25米长，重约1吨到1.5吨，但叶片可以变得更大。目前最大的风力涡轮机的额定功率约为14兆瓦，叶片本身的长度是叶片的4倍，但功率容量约为该涡轮机的28倍。

弗纳:这些叶片是由塑料制成的，我们听说塑料会产生大量的排放物，但风力涡轮机也为我们提供了可再生能源。所以你认为这是塑料的一个很好的用途吗?

Darshil -我认为这绝对是增强塑料的一个更好的用途。塑料在加工过程中消耗大量能源和消耗的两个主要领域首先与它们的石化来源有关。这些需要转化成聚合物。首先，对于纤维，如果是碳纤维，你需要在非常高的温度下加工。因此，大量的能源被投入到这些高性能纤维的生产中，它们减少了你所需要的塔材料的数量。所以这是一个很好的利用资源，但我们可以做得更好。

Verner——今天有点下雨，有点冷。我们要不要找个暖和点的地方继续聊天?是的,当然有。我很乐意。

弗纳-我们已经离开了风力涡轮机，因为今天是一个非常沉闷的雨天。为了让我们高兴起来，我给我们俩都买了些甜甜圈，我们马上就可以享用了。然后我想让你们做这个类比，看看你们是怎么想的。“塑料之于地球有点像甜甜圈之于人类健康。我们都知道，如果吃太多甜甜圈对身体不好，但它们有重要的作用，因为它们的味道太好了。”这有点像塑料。如果我们使用太多，它们最终会进入海洋，造成大量污染和排放。我们需要小心使用塑料，适度使用，就像我们应该吃甜甜圈一样。你觉得这个比喻怎么样?

达希尔-我想我能搞定。我喜欢它。就像我们有甜甜圈作为款待一样，我想我们在使用塑料的地方需要更有选择性。如果我们仔细想想，塑料有非常神奇的特性，这就是我们大量使用它的原因。我们需要更好地考虑这些材料的寿命终结可能性，以及在另一个尺度上，我们如何从生物资源中制造更多的这些材料?

弗纳:我们通常认为塑料是一个问题，因为它会作为废物积累起来，但这些塑料在风力涡轮机中可以持续旋转很多年。那么，为什么这种塑料会带来问题呢?

达希尔:部分原因是风力涡轮机叶片有固定的使用寿命。通常情况下，20到25年之后，风力涡轮机就会退役。它完全坏了，你只需要换一个新的就可以了。我们每年消耗或至少生产250万吨增强塑料材料，特别是用于风力涡轮机叶片。

弗纳:这些回收增强塑料的技术与回收普通塑料的技术相比如何?

达希尔:这是一个有趣的问题，因为用于增强塑料的聚合物的种类，特别是用于风力涡轮机的聚合物和用于包装的塑料是不同的。包装塑料属于“热塑性塑料”的一类，当你加热它们时，它们开始融化，然后你可以把它们塑造成特定的形状。当你把热量拿走时，它会保持原来的形状，但令人惊讶的是，你可以重新加热这些材料，让它们再次形成新的形状。相比之下，用于风力涡轮机叶片的聚合物往往是“热组”。它们最初是液体，然后聚合过程导致硬化和固化的材料，这就是你在模塑后最终得到的形状。热套装的回收稍微困难一些，因为一旦它们形成这种固化和硬化的材料，这不是一个可逆的过程。这意味着处理它们的唯一方法要么是焚烧，要么是传统的填埋。有一些方法可以重复使用这些聚合物进行下循环。例如，集成它们来制作注塑材料。当你引入纤维时，回收的复杂性会变得更加复杂。 It's related to the problem that we have in conventional products of mixed plastics. If you have too many different types of materials together, you need to first spend energy in separating these materials beforehand.

弗纳:那么，我们是否需要开始用热塑性塑料制造风力涡轮机，使它们的回收成为可能?

Darshil:这又是一个有趣的问题。用热塑性塑料制造风力涡轮机叶片已经有了一些努力。热塑性塑料的挑战在于，它们通常一开始是固体，然后需要加热。如果部件尺寸很小，那就没问题了，但如果是一个25米或100米长的风力涡轮机叶片，那就几乎不可能了，因为你需要压缩成型机或压力机和加热压力机来促进这些大型部件的制造。因此，用热塑性塑料制造它们的可能性很小。热固性塑料还会存在一段时间。

Verner -非常感谢，Darshil，这很有启发性。我们现在回剑桥好吗?

达希尔:好，吃我们的甜甜圈。