圖 回收過程

通過FCR將FRP升級回收為碳化硅。a，FCR過程中FRP升級回收的示意圖。第一步中的插圖：從杜瓦瓶拆卸和切碎的廢棄GFRP的圖片。第二步中的插圖：FCR反應前（i）和反應中（ii）樣本在石英管中的圖片。b，FCR過程中輸入電壓150伏和持續時間1秒的電流曲線。c，用紅外溫度計記錄的輸入電壓100伏（藍色）和150伏（紅色）下的實時溫度曲線。溫度計的檢測范圍是1000到3000°C。d，不同二氧化硅和碳比例下吉布斯自由能變化（ΔG）與溫度的關系。水平虛線表示ΔG為零。來源：《自然可持續性》（2024）。DOI: 10.1038/s41893-024-01287-w
        根據發表在《自然可持續性》雜志上的一項研究，萊斯大學的研究人員及其合作者開發了一種新的、能效高的升級回收方法，將玻璃纖維增強塑料（GFRP）轉化為廣泛用于半導體、砂紙和其他產品的碳化硅。

“GFRP用于制造非常大的物件，大多數情況下，我們將飛機的機翼結構或風力渦輪機的風車葉片整體填埋在垃圾填埋場中，”萊斯大學的T.T.和W.F. Chao教授，化學及材料科學和納米工程學教授James Tour說。“以這種方式處理GFRP是不可持續的。直到現在，還沒有好的方法來回收它。”

圖 玻纖風電葉片

隨著監管機構增加壓力，要求修訂和改進報廢車輛的回收實踐，迫切需要更好的方法來管理GFRP廢棄物雖然一些人嘗試開發使用焚燒或溶劑解析的方法來處理GFRP，但在Tour實驗室工作的博士后研究助理和萊斯學院初級研究員Yi Cheng表示，這些過程不夠理想，因為它們資源密集且會導致環境污染。
“這種材料的玻璃纖維表面有塑料，焚燒塑料會產生大量有毒氣體，”程說。“試圖溶解GFRP也存在問題，因為它可以從溶劑中產生大量酸性或堿性廢物。我們希望找到一種更環保的方式來處理這種材料。”
Tour的實驗室已經因開發使用閃光焦耳加熱的新型廢物處理和回收應用而成為頭條新聞，這項技術通過在適度抗材料通過電流迅速加熱至極高溫度，從而將其轉化為其他物質的技術。

Tour教授的實驗室利用這一技術，開發了將GFRP升級回收為碳化硅的新方法。碳化硅是一種廣泛用途的材料，包括在半導體、砂紙及其他產品中的應用。這種升級回收方法不僅提供了一種處理GFRP廢棄物的可行途徑，而且還促進了環保和資源的可持續利用。

2023年中國玻纖產量約為740萬噸，同比上升10.10%。近十年中國玻纖產量CAGR約為9.08%，高于全球產量復合增速，全球玻纖產能逐漸向中國轉移，2010-2023年，中國玻纖產量在全球占比從54%提升至66%。目前我國玻纖具有絕對的產業優勢，且技術日趨先進。由于受國際貿易和新應用領域的開發，玻纖價格呈上漲趨勢。上漲原因就是電子紗的開拓以及玻纖大量出口，實際用于復材的玻纖反而變少，導致價格上漲。

國內市場，中國三大玻纖企業年產能合計占到國內產能的70%以上。尤其以中國巨石為代表的玻纖龍頭老大，產能位居全球第一，在國內與全球產能占比分別達到36%與24%。國內玻纖除中國巨石、泰山玻纖、重慶國際外，也涌現出其它例如山東玻纖、長海股份等知名企業。以中國為代表的玻纖企業迅速崛起，正不斷改變著世界玻纖格局。

圖 近年中國玻纖紗產量

為保障國內玻璃纖維生產主要原料的穩定供應應積極開展全球渠道，同時，探索玻璃纖維生產用原料的多元化供應，包括使用鋰礦渣、煤矸石等工業固廢。

組織開展碳減排系列標準研制工作，開展玻璃纖維行業碳排放解剖“麻雀”專項研究課題等工作。促進粗紗/細沙池窯單位產品能耗從2007年1tce/t減少至2023年0.25/0.35tce/t。從基于機器換人的無人車間，轉向基于互聯網的數字化賦能，注重提升智能預測和智能決策能力。淘汰低端落后產能持續征集行業落后產能線索并移交生態環境部，爭取多方聯動，有效壓縮低端落后產能生存土壤。推動產業集群高質量發展發揮骨干企業區域產業集群鏈主創新引領作用，實施地方特色產業集群高質量發展培育實踐計劃。拓展行業發展新領域新賽道積極推動光伏用玻纖制品市場應用拓展。推動安全防護用玻纖制品市場應用拓展。積極推動建筑外墻保溫用玻璃纖維網格布市場規范化建設。玻纖增強塑料廢舊制品循環利用解決方案玻璃纖維拉絲生產過程中，熔融好的玻璃液經過拉絲漏板拉絲成型，因拉絲中斷產生的未涂覆浸潤劑的玻璃絲，已完全實現回窯再生。玻璃纖維及制品生產過程中產生的未經污染的表面涂有浸潤劑的紗線及其織物余料，經扯松、開清、短切等工藝處理后可用于玻纖制品的生產。主要包括機頭絲、絲餅內外圈、布邊條、氈邊絲等，已制定相關產品標準，也已完全實現回窯再生。玻纖行業正在積極探索玻纖增強復合材料廢舊制品回玻纖池窯再生利用技術，作為行業實現材料循環再生利用問題的兜底技術，解除下游應用領域對于玻纖增強復合材料廢舊制品回收再利用問題的擔憂，塑造行業發展新動能新優勢！

研究人員開發的玻璃纖維增強塑料(GFRP)到碳化硅轉換的新方法，不僅解決了GFRP廢棄物處理的難題，還為循環經濟的發展提供了新的思路。這一創新技術通過閃電焦耳加熱，將GFRP轉化為廣泛應用于半導體、砂紙等產品的碳化硅，展現了廢棄物利用和資源回收的巨大潛力。

隨著技術的不斷成熟和規模化生產的實現，預計這種轉換方法將大幅降低GFRP的處理成本，同時減少環境污染。這種高效、低成本、環境友好的轉換技術有望推動GFRP廢棄物的廣泛回收利用，為半導體工業等領域提供高質量的碳化硅原料。

未來，這項技術的推廣和應用將促進循環經濟的發展，支持可持續的產業轉型，為解決全球環境問題貢獻力量。通過不斷創新和技術進步，我們可以期待一個資源高效循環利用、環境更加清潔的未來。

信息來源：Phys.Org

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