塑料垃圾的二次生命

塑料垃圾可以变成燃料

作者:Dominik Stephan 文章来源:PROCESS《流程工业》 发布时间:2019-11-13
从塑料垃圾中提取出有用物质,这是全世界科研人员努力的方向,如今,化学技术能解决哪些问题?

如今,大约79%的塑料垃圾被送至垃圾场填埋,这样做使得人们对乱扔垃圾和微塑料以及垃圾的回收再利用展开了激烈讨论。在德国,仅每年经商店销售的塑料包装物就高达140万t,其中只有大约1%堆放在垃圾场中,且回收率仅为42%,而大部分的塑料垃圾都进行了焚烧处理。即便是可再生塑料也很难获得“永生”,每次回收再利用之后的碳链都会变得更短。因此,每次再利用之后塑料的价值就会降低,大约利用5次之后就只能进入焚烧炉。

塑料垃圾的二次生命

现在,全球最大的化学公司巴斯夫喊出了塑料革命的口号,他们希望利用名为Chemcycling的化学循环项目将塑料垃圾变成宝贵的资源。2018年12月,巴斯夫正式宣布成功地利用塑料废弃物生产出了第一批有用的产品。

长期以来,巴斯夫一直都是高性能聚合物和聚氨酯领域中的塑料原材料供应商。而现在,巴斯夫试图为减少塑料废弃物的数量做出贡献。他们尝试使用一种新原料,从塑料垃圾中获得一种石油脑。

从理论上讲,几乎所有的碳氢化合物都可以分解。因为塑料是以石油为基础生产出来的,而石油的历史可以追溯到恐龙时代。数百万年来,原始动植物的残留物在史前海洋中氧化、沉积在海底,最终形成了石油,这也是无压催化生产石油产品技术的来源。Recenco公司认为,可以在相对较低的温度下,从各种含碳氢化合物的原料中合成直馏汽油。催化剂和280~380℃的温度可以保证化合物在几分钟的时间内完成碳链的分解。这是革命性的,但它所采用的是人们老生常谈的技术。

热解是指在无氧环境中有机物的高温分解反应,是人类最古老的流程工艺技术之一。早在远古时代,人们已经学会了用桦树皮制成粘接弓弩箭头的黑桦木焦油。到了20世纪70年代,德国汉堡的两位教授开发了一种用于化学回收塑料和生物材料的流化床技术。该方法能在合适的温度区间内将各种化合物分解成单体,这也就充分利用了流程设备的焦油、焦炭和烟灰等残留物,使流程设备能够自给自足地工作运行。

初创Biofabrik公司参与了塑料废弃物热解技术攻关的Tim Feige先生解释说:“我们的技术最初是为发展中国家和新兴经济体开发的,因为那里大量的塑料垃圾没有被回收利用。自从中国停止进口塑料垃圾之后,欧洲的塑料垃圾数量明显增多了。这样一来,有关塑料垃圾的利益相关者的范围也被扩大,这不仅涉及到利用废弃物牟利的问题,更能帮助他们摆脱塑料垃圾的困扰。”因此,Biofabrik开始了紧凑型小型化的分散式应用设备的研究,他们设想的是在2.6 m2的空间里每天可以热解250 kg的塑料垃圾。

发掘可回收塑料的潜力

解决垃圾问题的前景唤起了长期以来对垃圾处理不感兴趣的企业的积极性。例如可口可乐集团就加入了研究对聚对苯二酸乙二酸酯PET塑料瓶化学回收的Demeto工业咨询组织。他们期望到2030年,生产的PET塑料瓶中有50%的材料是用可再生材料制造的。这绝非易事,想要做出食品级的PET塑料瓶,所使用的原材料必须是食品级的原材料。而化学回收则可以将所有类型的PET废弃物,包括从海洋中打捞上来粉碎的或者涤纶纺织品加工成食品级的塑料。

为了使破旧的涤纶地毯以可乐瓶的形式开始自己的“第二次生命”,瑞士Gr3n公司的研发人员使用了微波技术,他们在微波炉中加热浸泡在乙二醇溶液中的PET塑料碎片,加热后得到的PTA对苯二甲酸和PTA盐溶液经蒸馏和过滤后得到了乙二醇和对苯二甲酸。

而为Demeto组织提供了800万欧元资助的欧盟看到了世界各地的270套设备中蕴藏的54亿欧元的市场潜力;而与Bemeto合作的财团则认为每年将会回收100万t的聚对苯二酸乙二酸酯塑料。

据加拿大的Loop Industries公司说,他们是目前唯一一家已经从废旧PET塑料中成功提取高品质原材料的企业。Loop利用对苯二甲酸二甲酯来取代PTA对苯二甲酸,这样就将试剂数量从5个减少至2个,纯化步骤也减少到了4步,这就使得这一技术更易于被掌握。2018年12月,Loop公司与Thyssenkrupp集团公司合作成立了PET解决方案的联盟。在Loop 的解聚技术和TK子公司、Uhde公司利用塑料废弃物生产树脂的WTR技术和设备基础上,我们已经可以完成从废旧塑料到新塑料的整个回收再利用的过程了。Loop公司的创始人Daniel Solomita先生解释说:“这一联盟使我们有能力充分利用好我们颠覆性技术的潜力。WTR是确保我们顺利实施可持续发展树脂计划的关键支柱。”

但是化学回收真的具有可持续性吗?热解技术公司给出了每千克塑料废弃物热解时所需的电力能源数据:每千克产品需要10~11 kWh的电力,同时按照这种技术方法生产出来的合成柴油在燃烧时还会释放出CO2。

自汉堡开发出了自己的独创技术之后,开发商已经解决了诸如PVC材料处理时形成的盐酸等初级难题。大多数项目参与者都认为在技术上是没有问题的,并不反对大规模使用这一技术方案,但出于经济性的原因可能会一无所得。在可以预见的未来,石油脑更加价廉物美,而像含有生物质的热解油或者调整质量平衡和回收率监管的有关规定则是非常有益的推动力。

便携式热解模块

模块化同样适用于回收再利用技术。回收再利用技术不仅限于大型工业企业和垃圾回收厂。正如Gozo公司的研发项目,他们将热解设备缩小成了手提式的微型设备。在约7 h的时间里,这种手提式的溶解设备就能将500 kg的塑料垃圾加工成合成柴油(研发人员给出的产能数据为90%)。当第一款手提式溶解设备上市之后,他们又开始研发连续性生产的塑料服务器溶解设备。

Ecofuel公司做到了让热解设备“环球大旅行”,Swaminathan Ramesh先生与Ecofuel公司合作开发了船舶中使用的移动式热解反应设备。他们将船上产生的塑料垃圾就地转化成船舶使用的柴油,并推动船舶的航行。Ramesh先生解释说,“在催化剂的作用下,这一系统可以完成90 kg~4.5 t塑料垃圾的热解。”

回收再利用的问题

“化学回收不是包装法意义上的物质利用”, 2018年德国政府环境保护部的这一评估结论使许多人感到惊讶。塑料垃圾的气化、热解和氢化处理将不再符合包装法材料回收的规定。到目前为止,大多数人认为回收的产品再次用于塑料生产的方法符合材料利用的定义和回收规定。通过讨论,最终使环境保护部BMU的评估结论变得清晰了,但仍不能全部被人理解,因为脱碳和循环经济是否到来不能只从经济性的角度进行考量。

0
-1
收藏
相关文章