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新材料是战略性新兴产业发展的基石，全球三分之二的创新都是基于材料领域的创新。复合材料作为新材料中不可分割的一部分，广泛应用于国民生活的各个领域，市场前景广阔。近年来，随着碳纤维复合材料、3D打印复合材料等的热捧，复合材料市场的发展愈发受到广泛关注，尤其是行业中下游的制品领域更是备受青睐，已成为当下万亿级创业风口。
一、复合材料发展状况 我国复合材料自从1958年成立的玻璃钢小组研制成功第一块玻璃钢以来，历经60余载。目前我国复合材料的产量已经跃居全球第一。产业规模超过了RMB2000亿/年左右；带动上游材料（玻纤、树脂）产业5000亿/年左右销售额。同时，为航空航天、交通运输、电子电器、电力绝缘、化工防腐、风力发电、给排水、体育用品、园林景观、建筑材料及制品等支柱产业提供了强有力的支撑。 二、复合材料的特性和应用 复合材料及应用是新材料产业的重要方向，是一个国家尖端技术发展水平的重要标志。复合材料是由基质和增强剂随机复合而成，具有耐热、耐腐蚀、高强度、轻质等特点，可设计性强；复合材料及应用产业体系庞大，产品种类众多，应用领域广泛，向下游的延伸空间巨大。 复合材料最先是在军用飞机结构件上得到成功应用，后逐渐在民用飞机波音、空客等干线客机中的应用比例越来越高。目前，除了航空航天、汽车、风电、建筑等领域外，复合材料在体育休闲、医疗器械、游艇、化工防腐等领域也开始得到广泛的应用。 在汽车、建筑、工业设备、基础工程等领域，复合材料未来替代传统材料的发展空间非常大；随着航天、新能源、节能环保、高端装备等战略性新兴产业发展，高性能复合材料蕴含巨大的商机。同时，复合材料行业也是许多高度垂直的市场，如航空航天、风电叶片、电子产品、汽车（结构件、电池）、石油和天然气、体育休闲用品、公共事业设施（电缆、管道）、其他工业应用（储罐、轨道转向架）、建筑桥梁等行业，不同行业对复合材料产品的需求差别很大。 以碳纤维为例，全球超50%的碳纤维材料应用在工业领域，2019年风电叶片、航空航天、体育休闲及汽车工业领域应用占比74%，从2013-2019全球碳纤维分领域需求增速情况来看，汽车零部件领域市场实现快速增长，航空航天、风电叶片等领域具备较大的发展潜力，体育休闲用品的应用市场增长放缓。从产值看，航空航天领域应用以高端碳纤维为主，其销售额占全球碳纤维市场产值的比重接近一半。 三、复合材料现有处理技术及存在的问题 目前已经达到产业化阶段和正在研究的回收技术有：重复利用法、机械粉碎法、热解法、化学溶解法（溶剂法）、能量获取法（电厂焚烧）、水泥窑协同处理法、生物降解法。各种回收技术各有千秋、各有利弊。 复合材料边角废料及服役到期产品、废弃产品的处置方式，之前都是以填埋、焚烧为主。 热固性树脂基复合材料废弃物常规条件下具有不熔不溶的特性，采取简单填埋的办法会浪费大量的土地资源，还会造成水土污染。目前，很多企业为了有限的经济利益，低价收购风电叶片，并通过抛弃或者电厂焚烧处置的方式进行叶片等复合材料回收；然而，简单焚烧不仅会产生大量的黑烟和臭气，对大气环境造成严重污染，焚烧后的残渣也会对环境造成严重污染。 1、 重复利用技术、机械粉碎法回收技术已经具备落地的条件 重复利用指的是，将叶片进行简单分割，利用其未丧失的性能、功能，进行再次利用。比如：景观、叶根部分作为疏水排污管道、主梁作为建筑用梁和支撑柱等、腹板做板材、壳体裁成板材做托盘等。目前，该方法是最简单将复合材料制品的应用周期延长，是对其他材料的替代，给复合材料固废回收新技术发展留出时间空间。 例如：将叶片裁切成条状，然后组装成托盘，可以替代大量的木托盘，成本低而节约碳排放。 机械粉碎法是通过机械撕碎、粉碎的方式将叶片等复合材料固体废物做出块状、纤维状、粉末状等进行综合利用的方法。该方法运行成本低，最易实现产业化。目前已经有了相对成熟的粉碎生产线，并可以经过多级分选，将不同性质的材料分离出来。所得到的玻纤和粉末可以添加到复合材料产品、抗裂砂浆、建筑板材、石膏板、木塑板、塑料改性制品等。目前该技术方案在木塑产品的应用已经初见成效。 2、关于焚烧处置存在的问题 通过焚烧处置风电叶片等复合材料固体废物的方式有两种：垃圾发电和水泥窑协同处理，其原理都是将有机成分燃烧以获取能量；但由于高温都将导致复合材料中玻璃纤维熔化。 2019年国内某知名玻璃企业，在处置太阳能光伏支架（纤维复合材料拉挤制品）时，在炉体内添加光伏支架复合材料固体废物，结果导致锅炉爆炸。类似事件在其他企业也出现过。将复合材料固体废物进行焚烧发电，存在更多的问题： 1） 法律要求：《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》，“第三十六条产生工业固体废物的单位应当建立健全工业固体废物产生、收集、贮存、运输、利用、处置全过程的污染环境防治责任制度，建立工业固体废物管理台账，如实记录产生工业固体废物的种类、数量、流向、贮存、利用、处置等信息，实现工业固体废物可追溯、可查询，并采取防治工业固体废物污染环境的措施。禁止向生活垃圾收集设施中投放工业固体废物。” 明确规定了工业固体废物与生活垃圾不能混合处理。而复合材料固体废物目前的处置基本都是交到垃圾发电厂进行掺烧处置。 2）极大的安全隐患：由于复合材料固体废物中含有大量的玻璃纤维，在经过1000多度的高温后，玻璃纤维将会融化成玻璃液态，由于重力原因，其会向下流淌，堵住焚烧炉的篦子，极易造成爆炸。在近些年的企业焚烧行为中，已经发生过两次的锅炉爆炸事故。 3） 极大的环境排放不达标隐患：由于复合材料边角废料及制品中树脂含量不一致，导致有机成分在燃烧过程中所提供的热量不稳定，这将无法保证炉体内温度的不稳定，有机物会出现燃烧不充分的现象，将会产生大量的有毒有害有机小分子物，导致排放不达标。 4 ）增加碳排放量：复合材料的基体树脂是有机高分子相当于燃料油的碳排放系数，碳排放系数约3.1705kgCO2/kg。这种处理方式大大增加了碳排放量，不利于“3060”目标的实现。 5 ）对资源极大浪费：复合材料固体废物包含了树脂有机高分子成分和玻璃纤维成分。如果进行焚烧后，玻璃纤维将成为无法利用的废物只能进行填埋，再次占用土地资源；若通过重复利用或者机械粉碎法，可以发挥其保留的功能性能，继续应用到相关领域，可节约资源能源。当化学降解技术产业化后，树脂高分子成分将会被降解成新的高分子材料，降解后得到的纤维强度损伤小，可以继续作为增强材料应有的相关领域，这将大大节约化石资源和矿产资源，同时对“双碳”目标的实现做出巨大贡献。 6 ）回收企业扰乱市场，监管难度大：通过垃圾焚烧处置复合材料固体废物的企业，没有回收能力，充其量只是固废的“二传手”。 这将违反《固废法》中“第三十七条产生工业固体废物的单位委托他人运输、利用、处置工业固体废物的，应当对受托方的主体资格和技术能力进行核实，依法签订书面合同，在合同中约定污染防治要求。 受托方运输、利用、处置工业固体废物，应当依照有关法律法规的规定和合同约定履行污染防治要求，并将运输、利用、处置情况告知产生工业固体废物的单位。 产生工业固体废物的单位违反本条第一款规定的，除依照有关法律法规的规定予以处罚外，还应当与造成环境污染和生态破坏的受托方承担连带责任。”的要求，其中产废企业将会有法律风险。 7 ）阻碍纤维复合材料固体废物回收综合利用产业发展 由于目前电厂焚烧以风电叶片为代表的复合材料固体废物，其处置成本低；而综合利用企业现阶段成本高，这就导致正规回收综合利用企业面临无法收集到固体废物材料。这将从源头扼杀风电叶片等复合材料固体废物资源化利用产业发展。根本无法实现资源化利用、无害化处置。 然而，纤维复合材料再生产业的发展资源化的关键是回收物的综合利用，随着粉碎添加应用面的扩张，高值化应用完全可以实现；随着化学降解技术的发展，有机高分子和玻纤固体废物“吃干榨净”的模式，必将实现。
四、叶片回收产业必由之路 国家能源结构调整的战略调整，“3060”清洁能源的发展目标，导致风电叶片等复合材料固体废物的资源化利用被推到了风口浪尖上，若是风电叶片等复合材料固体废物的处置得不到很好的解决，将会直接影响风能清洁能源的发展。因此，如何正确引导并向资源化利用是行业发展的关键。 风电叶片的回收综合利用阶段必须经过收集、处置和综合利用开发。目前由于处置和综合利用企业无法得到叶片资源（焚烧处置的成本比重复利用、机械粉碎等回收方法低），导致综合利用的开发无法实现产业化，阻碍了叶片回收的资源化发展之路。无论重复利用、机械焚烧、热解、化学降解等，都无可避免的要采用机械粉碎的过程方法，也只有经过机械粉碎、玻纤和树脂粉末的分离，才能更进准、更高值化的应用到下游产品领域，保证下游产品的质量稳定性，当下游综合利用产品产生大的效益价值，才能实现复合材料固体废物的资源化利用，才能降低产废企业的成本，最终实现出售固废资源而不是花钱处置。 目前，江苏某企业已经实现通过机械粉碎，将叶片等复合材料固体废物粉碎成纤维状、粉末状回收物，并将回收物添加到木塑产品中，代替部分木粉，不但实现了产品成本的降低，同时还提高了产品的质量，产生了一定的效益价值。 对于风电叶片复合材料固体废物，应该由产废单位与回收处置单位、综合利用单位组成利益共同体，降低过程成本，加快风电叶片复合材料固体废物资源化综合利用的进程，早日实现叶片生产、应用、退役、处置、综合利用全寿命过程的闭环，并实现复合材料的重生，产生新的效益价值。 文章来源： 中国玻璃纤维，东滩智库 |
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