陈济桁
　　现阶段，复合材料已经通过如下方式，为实现低碳环保的环境友好型总目标提供了支撑：复合材料使结构轻量化，从而进一步减少燃油消耗和废气排放；复合材料可用来制造更高性能的产品，例如更大的风力涡轮机叶片，用来产生更多的可再生能源；复合材料弥补了金属耐腐蚀性差的劣势，同时提高了耐用性，使得利用复合材料制造的产品，使用寿命可延长数十年。
　　但是，复合材料仅解决了可持续发展的部分问题。市面上超过95%的复合材料是利用石油衍生物和树脂作为原材料制成的，属非可再生材料，仍然难以保证可持续发展。为了解决这个问题，英国政府于7月3日宣布启动一项全新计划，致力于开发下一代可持续发展的复合材料。英国希望通过该计划，一方面将英国的复合材料专业知识和研究力量整合，迅速将科研突破转化为工业应用；另一方面积极投身复合材料回收再利用领域，占据未来市场先机，为复合材料领域的可持续发展奠定基础。
“可持续复合材料”计划出台动因
　　装备制造商在开发下一代轻型节能飞机，汽车和风力涡轮机时，对复合材料的需求十分巨大。与金属和其他材料相比，复合材料轻质、高强、耐用、使用寿命长，并且能够实现设计上的灵活性。根据官方统计，英国每年生产的11万吨复合材料中，目前只有不到15％在其使用寿命结束时被回收再利用，这意味着英国超过85%的复合材料在其使用寿命结束后直接报废。
　　先进复合材料具有复杂的内部结构，包括增强体层和树脂层，增强体和树脂经过加热和压缩等步骤方可形成复合材料。尽管目前的研究和工程制造能力足以将复合材料产品的使用寿命延长至数十年，并降低其对环境的影响，不过在回收过程中提取复合材料各组分仍然存在困难，当前的回收技术通常会降低回收材料性能，进而降低回收价值，限制其应用范围。
　　在航空航天领域，全球每年大约有600架商用飞机报废，现代飞机中大量使用的高性能碳纤维复合材料，可满足汽车等工业领域应用需求，具有很高的回收价值，但目前的技术手段还难以满足低成本的回收要求。在可再生能源方面，欧洲的第一个风力发电场始建于30年前，其产生的能源大约比现代同级别发电装置少180倍，每千瓦时的发电成本却高出2倍。因此，设备的更新升级造成越来越多的旧涡轮发电设备被取代，通常由复合材料制成的风力涡轮机叶片大量报废，由此产生了越来越多复合材料废料。据估计，英国的涡轮发电厂达到其使用寿命时，将其退役可能产生高达36.4亿英镑的损失，到2035年，英国总共将需要处理10000吨涡轮叶片。在英国，风力涡轮机叶片商业回收途径极为有限，扩大到整个欧洲范围内，也几乎没有什么选择。
　　基于这些原因，探索复合材料回收再利用技术，推进复合材料可持续发展，降低使用成本和对环境影响，是英国政府决定迈出的坚定步伐。
　　“可持续复合材料”计划概况
　　2020年7月，英国商业、能源和工业战略部部长纳西姆·扎哈维在布里斯托尔大学举行的未来可持续发展峰会中正式宣布了可持续复合材料计划。该计划着眼于复合材料的全生命周期，以确保和适应未来飞机、汽车和风电涡轮机等领域发展需要。
　　可持续复合材料计划由英国国家复合材料中心（NCC）和工艺创新中心（CPI）联合牵头推进，两家中心也是英国共计7个高价值制造弹射中心之二。可持续复合材料计划需要工业界、学术界和政府之间的建立合作伙伴关系，利用英国具有全球领先水平的复合材料领域研究成果和技术开发能力，实现复合材料回收再利用行业快速发展，使英国在这一总价值超过20亿英镑市场中确立优势。
　　具体而言，可持续复合材料计划一方面将致力于通过加快英国创新复合材料回收技术的开发，解决当前复合材料回收再利用的难题，带来更加低成本化、回收材料性能满足要求的解决方案；另一方面，英国将开发利用蔬菜废料、玉米、坚果壳和藻类等生物基材料，制成新型可持续发展复合材料。
　　发起可持续发展复合材料计划的纳西姆·扎哈维部长表示，作为拥有全世界顶尖研究人员和开创性研发设施的国家，英国获得了巨大机遇，可利用不同领域产生的废物创造价值。可持续复合材料计划是一项重要举措，将有助于开发轻质、耐用和可回收的复合材料。这个计划的实施，不仅将为地球节省大量资源和能源，同时也将为一些关键的行业创造了新机遇。
　　已有研究基础和影响
在可持续复合材料计划出台前，英国已经通过各类项目，在可持续性创新方面突破了关键技术。英国工艺创新中心（CPI）与Fibreright公司合作，开发了一种新方法，可以从城市内产生的垃圾废物中，回收提取纤维素等糖类物质，作为生产化学、生物制品原料，循环开发增值产品。在复合材料回收领域，位于英国西米德兰兹郡的ELG碳纤维有限公司，成为了世界上首家将碳纤维回收业务实现商业规模化的厂商。这些成果标识着英国已成为可持续发展创新方面领先的国家。
　　2020年5月，英国国家复合材料中心（NCC）与牛津布鲁克斯大学一起开发了一项新技术，该技术使用简单的热源即可快速、低成本地分离（或剥离）复合材料结构。牛津布鲁克斯大学的研究人员发现，在常用结构胶粘剂中加入少量的、低成本的可膨胀石墨（广泛用于防火）或可热膨胀微球添加剂，只需通过将粘接点处的温度提高到约160℃，即可在短短的6秒内分离出内部复合材料组分。添加剂在材料日常使用过程中对组件性能的影响很小，但是当被加热到所需温度时会向外施加作用力，导致组件“破裂”。工程师仅需要手持热风枪等工具，即可对损坏的复合材料零部件进行修复或替换，材料回收厂商也可在较低温度下实现对复合材料组分的快速回收。
　　此外，英国正在全力推进一些具体项目。其中，“蒸汽转化价值流”项目正在实施，英国B＆M Longworth公司（一家总部位于英国布莱克本的中小型企业）利用自主研发并获得专利的创新蒸汽工艺，从复合材料部件中回收树脂和纤维。下一步，该团队将探索如何将回收的材料应用到布里斯托大学开发的HiPerDiF技术中——一种创新的纤维重排工艺，该过程将不连续的短切纤维对齐，为应用在航空航天、汽车、风力涡轮机中的复合材料带的铺设做好准备。“生物强基”项目将探索面向大批量生产应用的、基于生物材料衍生的树脂，包括发展对供应链、设计要求和性能特征的理解和表征，最终目标是生产对环境影响较小的新型材料。
　　NCC首席执行官理查德·奥德菲尔德表示，NCC将通过与CPI共同努力，将工程师人才、技术能力以及英国大学和公司编织在一起，在英国建立稳健成熟的供应链体系。
　　可持续复合材料计划负责人埃德·古德曼表示，复合材料的出现已经客观支持了可持续性发展，通过在不影响结构性能的前提下显著减轻重量，实现了关键能源可再生，帮助众多企业实现了低碳目标。复合材料使飞机更加省油、增加了电动汽车和飞行器的续航里程，并帮助企业建造了巨大的风力涡轮机叶片提供可再生电力能源。这一计划将利用英国全球领先的复合材料研究和技术能力，使对环境和能源零影响的复合材料成为现实。