欢迎来到中国化工信息杂志
高效回收利用废塑料任重道远
2020年9期 发行日期:2020-05-01
作者:■ 中国石油石油化工研究院 慕彦君 宋倩倩 王红秋

到目前为止,全球废塑料量已超过50亿吨,预计到2050年该数字将达120亿吨,如不对这些废塑料及时处理,将会对全球的生态环境构成严重威胁。近年来,全球禁限塑的呼声越来越高,但这并不能从源头上解决废塑料污染问题。研究发现,当前废塑料的处理仍以填埋和焚烧为主,仅有12%的废塑料被真正回收利用。如何对废塑料高效回收将成为人类社会发展的重中之重。
  
仅12%废塑料真正被回收利用
    
    据《烃加工》杂志报道,目前全球废塑料有40%被填埋,25%被焚烧,19%未采取任何措施被排放到自然中,仅有16%的废塑料被回收利用,且其中约4%的废塑料会在回收过程中损失,因此只有12%的废塑料真正得到了回收利用,如图1所示。因此,目前绝大多数废塑料的资源价值都被浪费了。
    按回收级数,现可将废塑料回收分成四级,如表1所示。
    从表1中可以清楚看出,在废塑料的一、二级回收中,通常只是改变了废塑料的物理形状,合成了与原有塑料制品性能相似或者不同的新塑料制品;而在废塑料的三、四级回收中,其化学结构随之发生改变,可将其高效地转化为工业燃料、化工原料,或者充分燃烧后利用其热能发电等。
    如今全世界很多国家都采取了相关措施来减少塑料制品的浪费和污染。但仅靠出台“禁塑”的相关政策或是限制塑料的生产,不能从源头上解决塑料污染的问题。当前对于废塑料的回收在实际操作过程中仍存在许多技术难题,但采取回收的方式仍是处理废塑料的最优手段。该方法要远优于以牺牲环境为代价通过焚烧和填埋的方式处理废塑料,因此如何对废塑料高效回收将成为人类社会发展的重中之重。

物理和化学回收成研究主流
 
    废塑料主要由C、H两种元素组成,含量约占总体的95%,其燃烧后的热值和燃油相当,利用热能回收的方式可高效获取其中的能量。其优势在于可回收一些污染较为严重且很难分离的废塑料,故通常作为20世纪90年代普遍采用的回收方式。但随着技术的不断发展,设备投资大、燃烧不充分等问题制约了能量回收的可持续发展。相比之下,物理回收和化学回收可实现废塑料的循环利用,故成为很多国家和企业研究废塑料回收利用的主流方向。
    目前在实际中大规模运用物理回收法再生的废塑料只有聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和聚乙烯(PE),分别占每年塑料产量的9%和37%。
    饮料瓶的主要原料即为PET,也是目前所有塑料中可回收率最高的塑料制品,其可回收再利用率达20%;其次,高密度聚乙烯(HDPE)的回收率在10%左右;此外,像聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)等废塑料的回收率均不到1%。而在实际加工过程中,机械力作用下会导致塑料的韧性发生改变,从而使新制得的塑料制品性能大幅下降。以PET为例,若经过3次回收加工,其韧性会下降到不足原有性能的1%。
    由于物理回收存在对某些废塑料分离困难及反复加工后影响塑料性能等缺陷问题,可以采取化学回收的方式合成出与初始塑料结构和性能相同的新塑料制品,即使对于含有不同种类相混合的废塑料也可通过化学回收的方式将其转化为单体后再进行分离。
    目前,对于一些常规的废塑料经过“塑料-单体-塑料”的流程就可转化为所需的燃料或化工原料,例如PET与乙二醇或者甲醇反应、尼龙与氨气反应后均可以得到相应的单体。有学者研究认为,对于某些常见的塑料,其化学性质非常稳定,却很难将其分解为单体;然而对一些新合成的塑料很容易降解,但其热稳定性等性能通常不尽人意。如何解决这种两难局面成为科研工作者们的棘手问题。

回收利用新技术不断涌现
 
    PE和聚丙烯(PP)是两种重要的塑料原料,但由于互不相容,且相分离后的共混物性能较差,对于这种混合塑料的回收可采取加入“增容剂”的方法。加入的“增容剂”扩散之后可粘合两种不同的聚合物,使两相间的结合力变强,再次加工后将得到性能优异的塑料制品。
    例如,在美国康奈尔大学和明尼苏达大学的实验研究中发现,可以利用由PE和PP组成的嵌段共聚物来促进PP和PE的混合。这种嵌段共聚物的分子中一部分亲近PE,另一部分则亲近PP,因此当其与两种均聚物相遇时,就可轻易地将二者相混在一起。实验表明,直接将PE和PP混合,加工出来的塑料制品性能很差,但只需加入少量“增容剂”——PE-PP嵌段共聚物,制备出的塑料产品性能可得到显著提升。
    塑料归更到底仍属于石油制品,如果能把它高效的还原为石油,那将会形成一个真正意义上的“闭环”系统。从20世纪80年代开始,我国就有很多学者和专家展开对这一领域的研究,探索废塑料的“油化“问题。
    福海蓝天环保的董事长李勇及其团队经过9年的研发攻克了“废塑料柔性油化技术“,目前该技术在实验室的基础上已建成处理量30吨/天的废塑料中试装置,累计运行129天,处理废塑料5047吨,生产燃料油2672吨。同时,该项目也通过环评并在河北沧州开工建设,项目建成后将成为全球第一套垃圾废塑料能源化处理的工业示范工程。建成后的装置可将400万人口城市一年新增的10万吨废塑料全面转化为80%的燃料油、17%的可燃性气体和3%的炭黑。
    荷兰一家loniqa技术公司开发出一种能将PET塑料(包括彩色PET)转化为透明的原生级材料的新技术。该技术现已通过小试,正朝着工业化的方向迈进。可口可乐公司已对其投资并开展合作,旨在显著提高废塑料的回收利用,同时提供高质量的食品级PET,最终实现到2030年至少使用50%的可回收材料来制造包装瓶,并完成公司“闭环回收”的初步目标。
    总部位于美国田纳西州金斯波特的全球化学品与特种材料公司伊士曼(Eastman)此前推出了两项解决废塑料问题的突破性创新技术。首先推出了一种先进的循环回收技术,主要是针对无法通过物理回收的聚酯废料,将其分解为聚合物单体后再重新引入到聚酯基聚合物的生产中,从而实现了循环解决方案。随后推出的第二项碳再生技术,可回收无法用传统回收技术回收的非聚酯塑料和混合废料。通过氧化废塑料的工艺手段,将其高效转化为基础单体,再用于生产某些特种材料和纤维制品。该技术不仅使得此前某些无法回收的废塑料能够回收利用,更重要的是避免了通过填埋或焚烧这种污染环境的方式来处理废塑料的境遇。                 


    法国向来都很重视废塑料回收工程,对于塑料瓶等“硬塑料“的回收利用技术一直位于世界前列。自2018年1月中国颁布“洋垃圾“禁令以来,法国的很多企业就开始研发新型的废塑料回收技术。其中就包括一家位于法国马恩省的废塑料回收企业Machaon,其在投入约500万欧元后,研制出一种可将“软塑料”转化为塑料颗粒的技术,并将其用于制造塑料瓶、塑料袋等产品,未来还将增加一套塑料分拣回收装置,以便提高该企业的处理能力并满足不断增长的废塑料回收需求。虽然目前制造出的灰色颗粒还不能完全被市场采纳,但是预计到2021年,法国政府会对20%的包装使用再生塑料的企业提供经济补贴,这将极大地促进废塑料回收工程的发展。


携手应对人类共同挑战


    通过焚烧和填埋的方式来处理废塑料在短时间内仍将是废塑料处理的主要手段。但预计到2025年以后,随着各国“限塑”以及“循环经济”政策的落地实施,回收利用的方式在整个废塑料处理行业中占比将逐步提升。作为一种高效、环保的方式,化学回收势必成为该领域科研工作者们不断推陈出新的方向。
    目前废塑料回收在全球尚处于起步阶段,在实施和发展中都将面临种种困难。各大石油生产商、废塑料回收处理公司、高校以及各大科研院所应携起手来应对棘手问题。相信在政府相关政策的支持下,未来废塑料回收领域必将呈现蓬勃发展之势。   

当前评论