Environmental impacts of carbon fiber production and decarbonization performance in wind turbine blades

环境科学 涡轮机 涡轮叶片 风力发电 碳纤维 环境工程 环境影响评价 生产(经济) 材料科学 工程类 复合材料 航空航天工程 生态学 生物 复合数 电气工程 宏观经济学 经济
作者
Siyuan Zhang,Jing-Jing Gan,Jiabin Lv,Chensi Shen,Chenye Xu,Fang Li
出处
期刊:Journal of Environmental Management [Elsevier BV]
卷期号:351: 119893-119893 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.jenvman.2023.119893
摘要

The application of carbon fiber in the wind power industry is of great interest in declining CO2 emissions but the carbon fiber manufacturing process is still a long way heading cleaner production. Since little to no information clarifies the dual effects from carbon fiber production to application, this study carried out a life cycle assessment (LCA) to recognize the environmental performances of polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fiber production and explore the decarbonization effects of carbon fiber application in wind turbine blades. Based on on-site data from a leading carbon fiber production chain in China, potential environmental impacts of carbon fiber production predominantly originated from the precursor spinning stage (accounted for 13–91%). Fossil depletion (20.24 kg oil eq.), climate change (67.79 kg CO2 eq.), terrestrial ecotoxicity (165.63 kg 1,4-DCB eq.) and photochemical ozone formation (0.14 kg NOx eq.) were the four noteworthy areas to improve the sustainable development. Different scenarios in energy and advanced technology were set to explore the potential improvement of the environmental performance of carbon fiber products. Energy structure (wind power) can improve an average of 22.58% environmental benefit compared with the background scenarios. Regarding the decarbonization effects, the energy payback time and the carbon payback time were estimated to be 0.73 and 0.37 months respectively. Therefore, carbon fiber is a trustworthy material in the strategy to achieve sustainable development from a life cycle perspective.
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