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新能源固廢退役潮至 新三樣變廢為寶破局

2026-5-6 14:12 來源: 中國科學(xué)報 |作者: 趙宇彤

30.4%,這是2025年清潔能源消費量在能源消費總量中的占比,包含天然氣、水電、核電、風電、太陽能發(fā)電等。

“在全球氣候變化與資源約束的雙重壓力下,以低碳化、減少化石能源依賴為核心特征的新一輪能源轉(zhuǎn)型正在加速推進?!苯?,中國工程院院士邢鋒在第802次香山科學(xué)會議上表示。

然而,新能源體系并非“無廢體系”,其運行依賴大規(guī)模材料投入與周期性裝備更新。隨著我國新能源產(chǎn)業(yè)的持續(xù)推進,一個更加棘手的難題浮出水面——如何挖掘新能源固廢這座“礦山”,實現(xiàn)高效循環(huán)、變廢為寶。

01 能源綠色發(fā)展的“最后一公里”

新能源固廢處理與再利用,被視作能源綠色發(fā)展的“最后一公里”。

“當新能源產(chǎn)業(yè)從增量擴張階段進入存量更新階段,設(shè)備退役帶來的固廢問題將集中釋放,并逐步形成系統(tǒng)性約束?!毙箱h表示。其中,電動汽車動力電池、太陽能光伏板、風力發(fā)電機等“新三樣”更是重中之重,已進入規(guī)?;尫烹A段。

以風電產(chǎn)業(yè)為例,在“雙碳”目標驅(qū)動下,預(yù)計2030年全球年新增裝機容量將達到194吉瓦(GW)?!帮L機設(shè)計壽命為20至25年,預(yù)計2030年全球每年退役葉片復(fù)合材料將超100萬噸?!敝袊こ淘涸菏客跤裰抑赋?,“退役葉片的高值化回收利用迫在眉睫?!?/div>

然而,目前廢棄葉片的處置方式以直接丟棄、填埋、焚燒為主,存在資源浪費與環(huán)境污染的雙重風險。

“退役新能源器件具有資源與污染二重性?!睂Υ?,中國工程院院士陳勇補充道,一方面,若處置不當,會釋放有毒有害物質(zhì),造成水土污染;另一方面,退役新能源器件富含的鋰、鈷、鎳等戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源,對外依存度均超75%。

隨著全球資源競爭加劇、地緣政治不確定性持續(xù)上升,我國新能源產(chǎn)業(yè)“下游制造強、上游資源弱”的結(jié)構(gòu)性矛盾日益凸顯,關(guān)鍵礦產(chǎn)資源對外依存度居高不下,正日益成為制約產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定的突出風險。

“2025年,我國新能源器件固廢總產(chǎn)生量超過100萬噸,退役潮已至;未來將從百萬噸級向千萬噸級跨越,2030年將迎來全面爆發(fā)期?!标愑聫娬{(diào),“因此,循環(huán)利用是保障資源安全、產(chǎn)業(yè)鏈安全與環(huán)境安全的關(guān)鍵?!?/div>

新能源固廢已不再是環(huán)境治理問題,而是延伸為資源再配置問題,并進一步上升為國家資源安全問題。

“能否構(gòu)建高效、低碳、可持續(xù)的循環(huán)利用體系,將在很大程度上影響我國由‘新能源大國’邁向‘新能源強國’的進程。”邢鋒說。

02 亟須系統(tǒng)突破

“當前,新能源固廢循環(huán)利用整體上仍停留在以資源回收為導(dǎo)向的初級階段,普遍面臨‘低值化利用’的路徑鎖定。”邢鋒強調(diào),根本原因是一系列基礎(chǔ)科學(xué)問題尚未實現(xiàn)系統(tǒng)突破。

如何在復(fù)雜多組分體系中高效拆解、精準分離、高純再生,背后是一整套尚未建立的物理化學(xué)規(guī)律體系。

首先,新能源裝備在設(shè)計之初主要以服役性能為導(dǎo)向,內(nèi)部呈現(xiàn)多材料、多界面、多尺度耦合的特征,而在長期服役過程中,經(jīng)過熱、力、電、化學(xué)環(huán)境的共同作用,微觀結(jié)構(gòu)持續(xù)演化,顯著提高了解構(gòu)難度。

“新能源固廢普遍由多種材料高度耦合構(gòu)成,界面結(jié)合強度高、組分分布復(fù)雜,傳統(tǒng)依賴機械破碎或者高溫處理方法,難以實現(xiàn)選擇性分離?!毙箱h指出,傳統(tǒng)方法不僅導(dǎo)致資源損失與能耗增加,而且分離過程難以兼顧效率、選擇性與環(huán)境友好性。

同時,新能源固廢的現(xiàn)有回收路徑多以“降級利用”為主,即將高性能材料轉(zhuǎn)化為低價值產(chǎn)品。例如,退役光伏板經(jīng)多道工序提純后,將再生原料“降級”應(yīng)用于有色金屬、建材、化工等行業(yè)。

“這難以實現(xiàn)資源價值的‘等值甚至增值再生’。”邢鋒認為,“新能源固廢循環(huán)利用的關(guān)鍵不在于回收規(guī)模本身,而在于再生過程的質(zhì)量與價值水平?!?/div>

然而,要實現(xiàn)這一目標,需要在原子與分子尺度上對材料結(jié)構(gòu)進行修復(fù)與重構(gòu),使其重新具備甚至超越原有性能。

“這一過程涉及界面缺陷調(diào)控、相結(jié)構(gòu)重構(gòu)、能量狀態(tài)調(diào)節(jié)等一系列復(fù)雜問題?!毙箱h說,但目前相關(guān)過程的熱力學(xué)邊界、動力學(xué)路徑、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性機制均尚不明確,導(dǎo)致高值化利用路徑難以規(guī)?;茝V。

在邢鋒看來,循環(huán)利用的環(huán)境價值不僅取決于回收率,更取決于全過程碳排放水平。

“目前不同技術(shù)路徑之間缺乏統(tǒng)一的碳足跡核算方法,難以對其真實減排效益進行科學(xué)比較?!毙箱h認為,這不僅需要實現(xiàn)物質(zhì)閉環(huán),更需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)閉環(huán),將碳排放與資源流動信息轉(zhuǎn)化為可計量、可核查的關(guān)鍵數(shù)據(jù)資產(chǎn)。

因此,面對新能源固廢循環(huán)利用的多重約束,無法依靠單一技術(shù)解決?!氨仨殬?gòu)建覆蓋‘設(shè)計-制造-使用-回收’的全鏈條重構(gòu)路徑,推動循環(huán)利用由‘末端治理’向‘系統(tǒng)設(shè)計’轉(zhuǎn)變,由‘資源回收’向‘價值重構(gòu)’升級?!毙箱h說。

03 技術(shù)助力“變廢為寶”

“人工智能(AI)與循環(huán)利用深度融合是破解這一難題的核心解決方案?!标愑卤硎?。

具體而言,依托物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈,可以實現(xiàn)風險監(jiān)控、產(chǎn)量預(yù)測、回收路線優(yōu)化等智能化管理。“引入?yún)^(qū)塊鏈與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),建立從設(shè)備退役、拆解、提純到再利用的‘全生命周期可信數(shù)據(jù)空間’,保障材料溯源與碳足跡認證的透明性?!毙箱h說。

此外,AI賦能機器識別、智能拆解技術(shù),可以有效提升稀有金屬、高分子材料回收效率與高值再生水平。例如,在拆解與分選環(huán)節(jié),加快發(fā)展智能化與自動化技術(shù),通過多源信息感知與算法優(yōu)化,能實現(xiàn)退役產(chǎn)品的快速識別與安全分級處理。

“同時,AI助力構(gòu)建全流程污染物協(xié)同控制、資源-能源-環(huán)境-經(jīng)濟多維評價與智能調(diào)控體系?!标愑轮赋?,這有助于實時打通物質(zhì)流、能量流、價值流與信息流,實現(xiàn)降本增效與污染防控的雙重目標。

“通過建立產(chǎn)品級唯一標識,實現(xiàn)材料流動與碳排放的全過程追蹤,并結(jié)合數(shù)字孿生等技術(shù)手段,對回收過程進行動態(tài)優(yōu)化與決策支持?!毙箱h指出,這既需要關(guān)鍵技術(shù)的單點突破,又應(yīng)走向協(xié)同集成。

因此,放眼未來,還應(yīng)當布局一批具有顛覆潛力的前沿技術(shù),以實現(xiàn)循環(huán)利用的根本性突破。

“綠色溶劑體系與生物冶金技術(shù)為替代傳統(tǒng)高污染化學(xué)過程提供了新的可能?!毙箱h舉例稱。同時,針對難處理的復(fù)合材料等,應(yīng)開發(fā)針對特定化學(xué)鍵的催化體系,實現(xiàn)材料結(jié)構(gòu)的精準解離。

“總而言之,通過調(diào)控物質(zhì)轉(zhuǎn)化路徑,實現(xiàn)從‘強力破壞’到‘精準調(diào)控’的轉(zhuǎn)變。這不僅是技術(shù)層面的進步,還代表著循環(huán)利用理念從‘粗放處理’向‘精細重構(gòu)’的深刻演進?!毙箱h強調(diào),“最終目標不僅在于減少廢棄物,還在于重構(gòu)資源利用方式,實現(xiàn)人與自然協(xié)同發(fā)展?!?/div>

“未來全球競爭既是能源技術(shù)和制造能力的競爭,又是資源循環(huán)體系韌性和綠色循環(huán)能力的戰(zhàn)略競爭?!敝袊こ淘涸菏慷畔殓粲?,應(yīng)通過新能源固廢的高質(zhì)量循環(huán)利用,將環(huán)境負債轉(zhuǎn)化為未來的戰(zhàn)略資產(chǎn)。

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