【行业报告5】从光伏、风能到氢能，塑料在新能源领域创新应用大盘点

Technavio预计，在2022年至2027年间，可再生能源市场的复合年增长率可达8.91%。（来源：Pixabay）

Technavio预计，在2022年至2027年间，可再生能源市场的复合年增长率可达8.91%，当中73%的升幅来自不断扩张的亚太市场。

值得注意的是，塑料工业不断创新，开发了新型轻量、高性能、低成本、低碳材料，助力新能源行业的蓬勃发展。利用塑料的独特性能，设计更先进和性能更优异的部件，以及更高效的加工技术相继涌现。

根据国际能源署（IEA）的最新资料，预计2023年全球可再生能源新增产能将飙升107 GW，达到440 GW以上，增长创有史以来最大，其中占三分之二的增长来自光伏（PV）发电。

现时越来越多太阳能电池板部件都采用塑料制造，如封装膜、背板、面板、结构件和其他部件，在光伏系统的发展中担当重要角色。

以塑料取代玻璃和铝，不但有一系列优势，包括轻身、制造成本低、效率高及性能优良，还可以防潮、耐高低温和防紫外线。

由于塑料比玻璃和铝轻，因此所制成的太阳能电池板可以安装在更多屋顶上。多家太阳能电池板制造商都开发了有利环保的轻质产品，提高了应用光伏的可持续优势。

太阳能电池板制造商Solarge与沙特基础工业公司（SABIC）合作开发了轻质低碳太阳能电池板。采用SABIC特种聚丙烯（PP）混合物生产太阳能电池板，可减轻50%以上的重量，以及减少超过25%的碳排放。

另一家制造商Merlin Solar也推出了结构更坚固的太阳能电池板，由于采用塑料前挡板，而非玻璃，所以重量远低于标准产品。

韩国LG化学公司的LUPOY EU5201，是一种以丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物（ASA）和聚碳酸酯（PC）为基体，并利用玻璃纤维增强的工程塑料。这种坚固而轻身的材料适合代替铝材，应用于太阳能电池板框架。此外，这种材料也可利用消费后回收（PCR）的聚碳酸酯来生产。

利用塑料来制造的太阳能电池板，还可节省生产时间和成本，而不影响产品的功能和耐用性。博禄（Borouge）的Quentys封装薄膜和用于背板的PP混合物，不但具有优异的抗紫外线性能、高防水性，而且其层合过程也毋须任何化学反应。

博禄还为FPV系统提供食品级高密度聚乙烯（HDPE）材料。耐环境应力开裂（ESCR）的HDPE具有优异的机械性能，提高了耐用性和可回收性。

虽然风能作为可再生能源具有优势，但制造成本高仍是一大挑战。由于风力涡轮机叶片占风力涡轮机成本的20%-25%，经过优化设计的轻量叶片可令风能更具竞争力，有利普及。

先进聚合物材料具有轻身、性能优良的特点，为新型风力涡轮机叶片设计创造机会。长叶片已成为新兴趋势。采用轻质材料可制造更长的叶片，以进一步减少静态和动态负载，不但有助减少维修需求，更可延长叶片的使用寿命。

聚氨酯（PU）树脂和涂料在风力涡轮机叶片制造方面，具有性能优良、成本低的优势。与传统玻璃纤维增强环氧树脂叶片相比，PU叶片具有更佳的机械性能、制造工艺更具成本效益，称得上是技术的跃进。

与传统环氧树脂复合材料相比，PU复合材料与PU浸渍工艺相结合，可提升纤维基质比，从而增强其机械性能。

为风力涡轮机叶片生产特大纤维复合材料时，由于PU树脂的黏度低，所以浸渍速度较快。此外，PU树脂还具有固化速度快的优点。同时，PU前缘保护（LEP）涂层具有极高的耐用性，侵蚀保护能力极强，可降低维修频率和成本。

在科思创（Covestro）与风电工程顾问公司bewind联合进行的一项研究及发现，与典型海上风力发电场使用的标准代替产品相比，其PU解决方案能有效将制造成本降低8%。

科思创PU树脂具有黏度低、固化时间短的特点，可大幅缩短叶片生产周期，从而缩短占用的模具时间，降低每个叶片的材料和劳工成本，以及减少相关的能源消耗。采用可回收材料更可进一步带领风能行业走向循环经济发展。

零废叶片研究联盟（Zero wastE Blade ReseArch，ZEBRA）最近成功完成首个可回收风力涡轮机叶片的全尺寸验证测试，并生产了第二个可回收热塑性塑料叶片。

第二个叶片长77米，是世界上首个使用阿科玛（Arkema）回收热塑性塑料液体树脂Elium制造抗剪腹板的风力涡轮机叶片。抗剪腹板是叶片的重要结构部件。

Elium复合材料部件可以使用先进的化学回收方法进行回收。化学方法可完全解聚树脂，并将纤维与树脂分离，再生成为全新的原始树脂和高性能玻璃纤维，以备重复使用。

氢气在燃烧时几乎不产生温室气体，是新兴的低排放能源模式，可减少重工业和交通运输的碳排放，如燃料电池汽车（FCV）和飞机等。

为了加快氢和燃料电池技术的工业化，需要轻量、防泄漏的安全储罐系统，用于运输和储存。对于高性能车辆和飞机而言，部件的轻量化尤其重要。塑料和纤维是生产油箱的首选材料，非常轻身，适合安装在车辆和飞机上。

用于储存氢气的复合材料压力容器（CPV），如碳纤维增强塑料（CFRP）压力容器，一般都有一层热塑性塑料内衬，周围被纤维包覆。CPC可耐腐蚀，能代替钢制储罐。

日本材料供货商东丽（Toray）提供具有高抗拉强度的超高强度碳纤维TORAYCA。这种材料可增强氢气储罐的强度，能够耐受压缩氢气的极高爆裂压力。

氢气分子小，会通过塑料扩散开去。为克服此挑战，考特斯（Kautex）采用特种聚酰胺（PA）开发了具有高阻隔性能的氢气储罐。氢气储罐由热塑性塑料内衬和纤维缠绕层组成，可提升机械强度，以确保安全。内衬层可承受较高的机械应力，耐受温度范围为-60 °C到+120 °C。

该塑料加工技术供货商还开发了特殊挤出吹塑技术，成功制造用于氢气储罐的特大容量PA内衬。

值得一提的众是，新型生物基材料有助提高氢气储罐的可持续性。在欧洲推行的新项目CUBIC，将利用从木质素和植物油提取的100%可回收中间体，开发适用于氢储罐制造的材料。

发展氢能和水电网络需要可靠的气、水管材，而塑料电缆保护管则可发挥保护电线和电缆的作用。与金属或混凝土相比，塑料管材更耐用、更耐化学品、耐腐蚀，而且轻身和易于安装。

钢管很难适应地形或其他崎岖的环境。塑料管材，如PE和HDPE管材，不但柔软度高、适应能力较强，而且不易裂开。交联聚乙烯（PEX）具有极高的柔软度和耐久性，可承受极端压力，广泛应用于管道。

对于离网可再生能源，锂离子电池是主要储能装置，而集流膜更是连接电池和外部电路不可或缺的部件。

传统的集流器使用铝箔和铜箔制造，而新式“金属-聚合物-金属”三层结构的复合集流器膜，安全性较高。

这种复合集流器膜的结构超薄，可提高电池的能量密度，分别节省66%的铜材和85%的铝材用量，有助减少生产过程中的碳排放。

德国机械制造商布鲁克纳（Brückner）在旗下的技术中心进行了一系列测试，确定了最佳工艺条件范围和薄膜性能。其薄膜拉伸生产线（包括连续拉伸和同时拉伸生产线）已获亚洲薄膜制造商订购，以进一步验证此技术概念的实用性。

中国走在能源转型最前沿

国际能源署表示，全球可再生能源新增产能将飙升，2024年中国装机容量更可超越其他国家，巩固其在全球能源转型中的领先地位。与此同时，印度新增产能预计在2024年也将增加。

总括而言，随着更多新能源项目的推出，市场对创新塑料和加工技术的需求将与日俱增。