双产品植物提取系统：快速热解技术在稀土氧化物（REO）生产中的技术经济效应及生命周期影响

《Resources, Conservation and Recycling》：Dual-product phytomining systems: techno-economic and life-cycle implications of fast pyrolysis-enabled REO production

风电叶片回收技术综述及策略建议。本文分析机械、热、化学回收性能与成本，提出三级机械回收框架及整合路径，指出机械法短期经济可行，热化学法潜力大但能耗高，需政策支持降低环境负担。

　　

魏文昌|黄尚世|范贤浩|李传阳|张波|何金良

中国清华大学电气工程系，电力系统运行与控制国家重点实验室，北京100084

摘要

风能的迅速发展给退役风力涡轮机叶片（DWTBs）的处置带来了紧迫的挑战。全球风能理事会（GWEC）预计，到2030年，叶片废料的数量将从2025年的约10,000吨增加到约110,000吨。本综述综合了关于机械回收、热回收和化学回收的同行评审研究以及行业和政策证据，比较了各种方法的性能、成本和环境影响。我们提出了一个三级机械级联使用框架（初级-中级-高级），将处理深度与应用和价值保留联系起来，并提出了一种价值梯度集成路径，包括机械预处理、化学纯化以实现高质量纤维/树脂分离，以及对残余物的热处理/共处理。证据表明，短期内机械回收方法最具成本效益，而热回收和化学回收方法有潜力减少DWTBs对环境的影响。然而，高能耗和可能产生的有害气体排放仍然是这些方法广泛应用的主要障碍。最近的一些技术经济分析/可行性研究（2025年）报告的成本约为每吨800-1200美元（主要是机械预处理路径）；在运输过程中，如果运输距离超过数十到数百英里，运输成本约占总成本的25-40%；这些成本范围在不同地区或规模上并不具有直接可比性。建议包括在当地进行机械再利用、对热回收途径实施更严格的排放控制、对化学回收途径采用闭环溶剂/催化剂回收机制，以及制定支持性政策。

引言

风能已成为全球可再生能源组合中的重要支柱，并被越来越多地视为实现脱碳和能源转型的关键技术。在全球范围内，“碳中和”已从长期愿景发展成为广泛认可的政策目标，进一步提升了风能在清洁电力供应中的战略重要性（Liu等人，2025年；Zhang等人，2024年）。2025年4月23日，全球风能理事会（GWEC）在伦敦发布了《2025年全球风能报告》，指出2024年是关键的一年，新增并并网的风力发电容量达到了创纪录的117吉瓦（图1a）。展望未来，GWEC预计到2030年全球风力发电新增容量将达到194吉瓦（图1b），表明风力发电将继续增长并加速部署。

然而，风能行业的快速扩张加剧了退役叶片的处置挑战。作为风力涡轮机的关键结构部件，叶片的设计使用寿命通常为20-25年（Cheng等人，2025年；Yuan等人，2024年）。GWEC的《2025年全球风能报告》提供了风能部署和相关处置挑战的情景预测；根据这些情景，预计到2030年每年废弃的叶片数量将从2025年的约10,000吨增加到约110,000吨。这些数值取决于具体情景，并受叶片寿命差异、机组升级政策和涡轮机升级率的影响。重要的是，废弃叶片的数量仍然不确定，因为它们受到不同寿命（通常为15-25年以上）、机组升级政策和区域市场成熟度的制约，这意味着废弃物预测应视为基于具体情景而非确定性的（Ren等人，2025年；Valero等人，2018年）。

近期挑战的严重性已在区域估计和政策响应中显现出来。对于欧洲而言，区域预测显示废弃叶片数量将从2025年的约20,000吨增加到2030年的约55,000吨。WindEurope进一步报告称，业界承诺（而非欧盟范围内的强制性规定）从2026年1月1日起实施风力涡轮机叶片的自愿填埋禁令。这些措施的实施和合规性取决于各国的废弃物分类、可用的处理能力和自愿承诺的验证/合规机制。

长期全球情景也因假设不同而存在显著差异，但广泛引用的预测表明到2050年累计废弃叶片数量将达到数千万吨（Liu和Barlow，2017年；Karavida和Peponi，2023年）。总数因假设的部署路径、寿命分布和核算方法而有所不同。这些数据共同表明，DWTBs的管理正从一个新兴问题转变为一个迫在眉睫的基础设施、物流和可持续性约束——特别是在“双碳”/净零排放承诺下，风能生命周期效益的可信度越来越依赖于复合材料的循环利用解决方案。

GWEC的《2025年全球风能报告》指出，风力涡轮机叶片/转子的典型尺寸（包括转子长度）从1980年的15米增加到2024年的310米，并预计到2030年将达到约350米。2030年的这一数值基于不同情景，可能因部署组合、制造商路线图以及不同类型涡轮机对“叶片/转子尺寸”的定义而有所不同（图1c）。现代的大型商用叶片通常采用玻璃纤维或碳纤维增强的热固性基体复合材料（图2），而交联的基体结构使得分离和高价值回收变得困难（Li等人，2024年；Zhao等人，2025年）。特别是嵌入的纤维增强材料和环氧树脂（Huang等人，2025年；Wu等人，2025年）在回收过程中难以分离，这严重限制了高价值回收和后续再利用。

目前，DWTBs的回收方法大致可分为机械回收、热回收和化学回收（Hu等人，2024年；Rani等人，2021年；Ren等人，2025年）。然而，这些方法尚未在大规模上得到广泛应用。实际上，堆放、填埋和焚烧仍然是常见的处理方式，但它们通常会导致资源和环境负担，这与循环经济和净零排放目标不符。这一挑战的日益严重性凸显了迫切需要可扩展、经济可行且环保的回收技术。

几项综述已经梳理了这一领域的部分内容，但仍存在决策导向的综合分析缺口，如表1所示。Mishnaevsky（2021年）提供了关于废弃选项和技术发展的总体概述，而Beauson等人（2022年）详细介绍了欧洲的产业链背景和限制。两篇综述文章（Hu等人，2024年；Khalid等人，2023年）比较了不同的回收路径，重点关注工艺描述和新兴方法。Deeney等人（2025年）从废弃物管理和循环经济的角度重新审视了这一主题。然而，在这些文献中，可操作的指导往往受到以下因素的限制：（i）处理深度与实际终端市场和价值保留之间的联系不足（尤其是对于机械回收路径）；（ii）不同回收路径之间的整合措施不够完善（即如何在实际操作中结合机械、化学和热回收方法）。

本综述通过提供机械回收、热回收和化学回收路径的决策导向综合分析，特别关注技术性能、经济可行性和环境影响。首先，我们提出了一个三级机械回收/级联使用框架（初级-中级-高级），将处理深度与可行的应用和预期的价值保留联系起来。其次，我们提出了一种价值梯度集成策略，结合机械预处理、化学纯化以实现高质量纤维/树脂分离，以及对难处理残余物的热处理或共处理，旨在最大化资源效率同时最小化环境负担。第三，我们整合了近年来丰富的新兴证据——特别是比较生命周期评估（LCA）和联合环境经济评估（Nagle等人，2020年；Sproul等人，2025年），并结合快速变化的行业和政策信号（如填埋禁令、回收目标和生态调节激励措施）进行解读。最终结果旨在为行业和政策制定者提供可操作的决策依据：哪些选项目前是可行的，哪些方面需要改进以实现规模化，以及哪些政策措施最能促进DWTBs回收链的循环利用。

文献搜索策略

本综述遵循PRISMA指导的文献识别和筛选程序。主要文献的搜索在2000年6月至2025年11月期间在Scopus、Web of Science和PubMed数据库中进行。搜索范围包括文章标题、摘要和关键词。搜索关键词为“退役风力涡轮机叶片、回收和处理方法”。详细的搜索策略和可重复性信息见表S1。

尽管遵循了PRISMA指导的程序

DWTBs的机械回收

机械回收通常包括对DWTBs进行分类和尺寸缩减，包括切割、粉碎和研磨，以产生不同粒度和价值等级的碎片，以便后续再利用或增值。它被认为是最适合工业应用的回收途径，也常作为其他回收技术的关键预处理步骤（Menna等人，2025年）。在此，我们将机械回收分为三个级别，以最大化残余价值

DWTBs的热回收

热回收技术主要包括热解、流化床处理和微波辅助热解（Wang等人，2025年）。这些过程依赖于聚合物基体的高温分解，从而分离和回收玻璃纤维（GFs）和碳纤维（CFs）（Rajak等人，2019年）。目前，这些方法被认为是回收/再生碳纤维（CF）最有效的方法之一。这三个代表性纤维回收过程的机制示意图如下

DWTBs的化学回收

化学回收利用溶剂和/或催化剂来断裂聚合物（树脂）基体中的键，从而实现纤维与聚合物相的分离和回收。常见的方法包括超临界流体处理、溶剂溶解和水热处理（Fresneda-Cruz等人，2024年；Schade等人，2024年）。

定量跨路径比较和敏感性分析

为了解决跨研究的异质性问题并提高可比性，我们使用一套标准化的指标对机械、热和化学回收途径的定量证据进行了整合。统一的跨路径比较表（表S5）涵盖了机械、热和化学回收途径，包括参考的定量范围和代表性数值，主要展示了诸如代表性路径、成本指标（美元·吨?1）估计值（附带来源或假设）和能源需求等可比指标

DWTBs回收产业的发展和政策分析

本综述中提到的政策信号包括具有约束力的法规、自愿的行业承诺/目标和非约束性的提案/路线图；我们明确标注了法律地位、管辖范围和执行/验证信息，以避免将自愿目标误解为具有法律约束力的禁令。

到2025年，全球DWTBs回收行业将进入加速增长阶段。DWTBs的循环回收将充满机遇和挑战，并受到相关政策的影响

结论与建议

风能的快速增长和规模化使用使得DWTBs成为了一个紧迫的循环经济约束问题，预计到2030年与叶片相关的废弃物数量将从2025年的约10,000吨增加到约110,000吨。本综述综合了关于机械、热和化学回收途径的同行评审和行业/政策证据，明确了目前可行的方法与仍处于试验阶段的方法。我们提出了一个三级机械级联使用框架（初级-中级-高级），将处理深度与

CRediT作者贡献声明

魏文昌：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法论制定、数据整理、概念构思。黄尚世：撰写——审稿与编辑、资源获取、资金筹措。范贤浩：撰写——审稿与编辑、可视化、验证、调查。李传阳：撰写——审稿与编辑、可视化、概念构思。张波：撰写——审稿与编辑、调查。何金良：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、方法论制定。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

我们感谢中国国家自然科学基金（52507180）的支持。同时感谢中国国家资源回收协会和风力发电及太阳能设备回收委员会在提供DWTBs回收技术案例研究方面的宝贵支持。本研究中使用的所有受版权保护的图形、图像、表格和图表均已获得许可。