大麻纖維制備BioBalsa有望替代輕木和泡沫用于風電葉片

當前世界對風能的日益依賴，導致風力葉片的需求量逐漸增大。但由于輕木的短缺和飛漲的成本，使其滿足風能市場需求越來越困難。目前有部分葉片制造商在葉片尖端使用PET和PVC泡沫代替輕木，但部分區域比如葉片根部仍需要輕木來為葉片提供剪切模量。

近期葉片材料市場傳來好消息，總部位于加拿大的一家公司INCA Renewtech 據稱將為葉片市場提供一種輕木替代方案——一種可持續的生物復合材料，可在葉片的任何位置取代輕木。該公司稱，其生物復合材料（即BioBalsa?）由大麻纖維制成，密度與輕木相當（每立方英尺10磅），并且此種材料纖維隨機擺放，其抗壓強度甚至比木材更好。該公司表示，BioBalsa 比輕木和泡沫更具有成本競爭力和可持續性，同時它可設計為同時提供防潮和防火性。

此生物復合材料的大麻纖維來自加拿大大草原。據稱此大麻植物的高莖含有地球上某最強纖維，但未被充分利用。目前僅被用作馬的墊料和土壤修復。如果可以加工和提煉此類大麻作物以制造紡織級材料，大約99% 都是純纖維，人類就可以利用這種材料制備所需的生物基復合材料。本質上可以說是一種廢物利用，從低成本原材料中獲得更高的價值的再生過程。

而本文提到的BioBalsa 就是由草皮中的短纖維（莖稈的木質內部部分）制成，替代玻璃纖維作為增強材料。據稱一立方米的BioBalsa可以隔離 260 公斤的二氧化碳。該公司技術人員繼續宣稱，與輕木的切割和銑削相比，BioBalsa 的生產減少107%的溫室氣體排放，并減少93%的廢物產生。它產生的碳排放量比PET少164%，廢物產生量比PVC泡沫生產少 99.56%，耗水量少“93%。

相關報道稱，固瑞特被 INCA公司的此生物基復合材料BioBalsa吸引。目前全球都在積極應對雙碳目標的達成，而風力渦輪機行業的目標就是零浪費、可回收的渦輪機結構，并進一步尋找減少其溫室氣體足跡的方法應用于風力葉片。因此，一種既是生物基又由回收成分制成的材料顯然是一種好處，并為可持續性和技術趨勢提供了答案。目前固瑞特對此BioBalsa產品完成了相關測試工作。而BioBalsa的特定特性，包括其密度和材料的樹脂吸收率，將決定風力葉片的哪些部分最適合并與其他材料競爭。

用于風力葉片的 BioBalsa 將于 2024 年初在工廠開始大規模生產。與此同時，INCA 公司和固瑞特將通過獨立實驗室測試的試驗型BioBalsa葉片，以獲得新生物復合材料的廣泛市場認可。

竹纖維用于風電葉片

竹纖維用于風電葉片也是這幾年興起的新興話題。在中國，早在2006年，就有學者研究先進生物質復合材料也就是竹纖維在風電葉片中的應用。2010-2012年間就有中國葉片廠商嘗試用竹纖維制作葉片，比如當年山東世紀威能開發的第一套具有完全自主知識產權的竹纖維風力發電葉片，并交付三一集團進行掛機運轉發電。中復連眾在2010年就嘗試研發1.5MW竹纖維復合材料風機葉片并成功下線。國外這幾年也有相關研發機構和企業在研究將竹纖維運用于葉片制作。但是都僅限于前沿研究，并未達到成熟規模化應用。竹纖維具有優異的產品性能，是復合材料理想的制造原料之一。且其可再生、可自然降解，綠色、環保性能突出。由于近年中國風電建設從陸地到海洋，從陜北到向內地擴展，對葉片葉型和材料本身提出了新的需求。作為環保加高性能竹纖維，即是機遇也是挑戰。

竹纖維復合材料具有十分廣闊的市場前景。經過幾年的發展和市場定位，竹纖維復合材料已經有汽車、風電等工業化及建材等多領域的應用。多項優勢可看出竹纖維復合材料將是由中國原創技術發明并主導的下一個千億級材料市場，并將在部分產業中代替傳統復合材料和金屬材料。

生物源高分子材料—解聚雙向可控技術應用于葉片

生物經濟復合材料技術的下一步發展可以考慮生物源高分子材料的聚合—解聚雙向可控技術及其應用。這個技術的突破將給像風力發電葉片這樣大型產品的回收再利用開辟一條嶄新的道路。而這正是當前風電清潔能源開發中由廢棄葉片引發的環境不清潔不友好的一個困境。目前已知有成功研發的生物熱固性環氧樹脂。這種綠色環氧樹脂既可以與碳纖維復合生產高性能航空航天復合材料，也可以與玻璃纖維復合生產價廉物美的工業復合材料，甚至與植物纖維復合生產綠色復合材料等。目前，此種材料在中國商飛、空客公司和德國航空航天研究中心等高端客戶那里開展了應用研究和評價，結果令人非常鼓舞。