废弃塑料污染治理是我国的国家战略,固废资源循环利用是实现碳减排和碳中和的重要内容。废塑料长期积累造成严重的环境污染,而且浪费资源。废弃塑料易回收利用,在各种固废中也更具回收利用价值。各地在鼓励废塑料回收利用的同时,也在对回收行业加强管理。
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01
塑料回收困境
据了解,塑料回收利用是将废弃塑料以物理或化学的方式,将其中储存的化学能量或化学物质转化为新型产品或能源材料,实现废料的资源化利用。 根据实现方式的不同分为“物理机械回收”和“化学回收”。
中国石油化工循环经济研究院院长张松臣表示,“化学回收技术成熟度和原料供应的稳定性是塑料回收行业未来取得成功的重要因素”。 目前化学回收领域还未形成占据优势的工艺技术,主流技术有热裂解工艺、水基热裂解、催化热裂解等。
多位业内人士表示,将废弃塑料转化为高品质燃料或化工原料的化学回收方法,正成为全球范围科技研发的重点。
“当前化学回收占全球废塑料回收利用的比重较低,到2030年,废弃塑料回收率有望达到50%, 其中化学回收占比有望达到17%,全球达到万亿级市场。”张松臣介绍。
“ 废弃塑料的分拣难度较大, 特别是低值塑料废弃物的分拣还未形成成熟的体系,导致其供应量和质量都不稳定,进而导致化学回收装置的运行的稳定性和经济性面临较大的压力。”张松臣表示。
德国化工巨头巴斯夫亚太区特性化学品部塑料添加剂创新技术中心亚太区技术总监尹满凯博士表示, “目前,塑料回收再利用规模化最大的挑战是原料的分拣和清洗”。
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尹满凯说,“举个很简单的例子,我们现在想把包装材料回收重新再利用,但塑料包装非常的纷繁复杂,用了不同层级、不同类型的塑料原料来组成最后的包装, 最后进行回收设计远不如用一种塑料原料来进行设计的包装产品用起来方便,所以未来希望设计结构进一步优化。”
设计是影响塑料包装行业回收以及高质量应用的重要因素。塑料回收再利用是一个系统工程,从前端设计到后端应用都要紧密联系 ,设计塑料制品时应考虑其可回收性、易回收性,并选择易于回收的材质。
据《中国 再生塑料 行业发展报告(2022年度)》,由于塑料产品结构影响,资源化价值较好的 工程塑料 、瓶体类塑料等基本采取物理回收方式,实现了较好的回收利用,但占塑料产量45%左右的包装类塑料, 特别是其中的膜袋类塑料基本不具备开展物理回收的技术经济条件,面临进一步提升的巨大瓶颈。
02
着力解决废塑料回收行业发展问题
要想真正做到垃圾的循环利用,就需要以提高城镇生态环境质量为核心,以保障人民健康为出发点,以满足人民日益增长的美好生活需求为根本目的,重点围绕垃圾减量化、资源化和无害化,补短板强弱项,着力解决垃圾分类和处理设施存在的突出问题。
(一)完善垃圾分类运收系统
合理布局垃圾分类收集站点,完善分类运输系统,加快补齐分类收集转运设施能力。各地应明确垃圾分类收集和运输的设施建设目标及任务,逐级落实,稳步推进设施建设,并有效衔接分类投放端和分类处理端,避免垃圾“先分后混”。
截止2022年,我国共有46个省市开始启动垃圾分类回收的相关处理方案,垃圾分类回收已遍布各个省市、乡镇。但由于乡镇管理程度低,监管力度难以得以控制,因此我国垃圾分类回收的利用率仍不及其他国家,但较2021年相比,垃圾回收利率有所提高,厨余垃圾分类率为22.05%、无害化处理率达100%、回收利用率为45.08%。
以废塑料为例,目前废塑料的处理方式主要有四种,分别是填埋、焚烧、遗弃、回收再利用。全国塑料报废量达到7410万吨,回收再利用只占30%,填埋占32%,焚烧占31%,遗弃占7%,这不仅造成了资源的浪费,且对环境、土地造成了一定程度的污染。而随着我国对节能、减排、资源循环利用等方面的不断重视,我国对废塑料垃圾的回收处理系统正在进一步的完善,无害化处理方式也正在不断的推荐,再生塑料回收再利用的比例将逐步增加。
(二)加快焚烧处理设施建设
我国应紧扣垃圾分类处理高质量发展要求,在现有基础上,进一步扩大以焚烧为主的技术格局,减少原生垃圾填埋量。城市建设区生活垃圾日清运量超过300吨地区加快建设焚烧处理设施,不具备建设规模化垃圾焚烧处理设施条件的地区,鼓励通过跨区域共建共享方式建设焚烧处理设施。
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(三)推动环境基础设施体系统筹规划
按照绿色低碳、集约高效、循环发展的原则,鼓励建设污水、垃圾、固体、危险、医疗处理处置及资源化利用“多位一体”的综合处置基地,推广静脉产业园建设模式。
发挥环境基础设施协同处置功能,打破跨区域协同处置机制障碍,推动市政污泥处置与垃圾焚烧、渗滤液与污水处理、焚烧炉渣与固体综合利用、焚烧飞灰与危险处置、危险与医疗处置等有效衔接。
有利于促进各处理设施工艺设备共用、资源能源共享、环境污染共治、责任风险共担,实现资源合理利用、污染物有效处置、环境风险可防可控,稳步提高设施发展水平。
做好垃圾循环利用,可充分挖掘资源再利用价值,做到资源价值利用最大化,与此同时也就做到了减量化。现阶段应该逐步从鼓励倡导转向立法立章,以及设置配套的专职管理机构,从机制制度上保障垃圾分类有效推行,助力早日实现碳达峰、碳中和。
03
废塑料回收新路径
近日,中国科学技术大学曾杰教授课题组在塑料循环升级领域取得突破性进展。研究人员设计出一种 “氢呼吸”策略 ,在无需额外添加氢气或溶剂的情况下,将高密度聚乙烯塑料转化为高附加值的环状烃类,为废弃塑料的“人工碳循环”提供了新方法。
聚乙烯塑料是五大 通用塑料 之一,稳定性很高,难以自然降解。通过焚烧或填埋处理废弃的聚乙烯塑料会造成大气、土壤和水源污染。考虑到聚乙烯和石油具有相似的化学结构与组成,曾杰等人大胆猜想—— 能否直接把聚乙烯当成一种“固体石油”,借鉴石油化工的技术,用以合成石油的下游化学产品?
此次研究中,研究人员首先把目光聚焦到石油加工的一个重要过程—— 加氢裂化 ,它可以将长链段的重质油裂解,从而得到短链的油品,如汽油、煤油和柴油等。研究人员参照该方法,以聚乙烯为原料进行加氢裂化实验,并顺利转化为汽油馏分的链状烃产品,进一步证实聚乙烯就相当于“固体石油”。
“正如‘加氢裂化’字面上的意思,这个过程需要消耗大量氢气,而氢气本身非常昂贵。此外,现有的制氢工艺还会造成碳排放。”曾杰说,进一步地,他们从改进工艺着手,试图在不使用氢气的条件下,实现废弃聚乙烯塑料的循环升级。
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催化重整是石油加工过程中另一种重要的手段,可以将轻汽油馏分转变成富含芳烃的高辛烷值汽油,或者苯、甲苯以及二甲苯等化工原料,并产生氢气。
催化重整过程中产生氢气,加氢裂化过程中消耗氢气。如果将这两个过程串联并应用于聚乙烯降解,就相当于一边让塑料成环脱氢变成环状烃“呼”出氢气,一边让塑料“吸”入氢气裂解变成短链。
曾杰介绍,“这一策略利用聚乙烯自身的氢原子替代外加的氢气,不仅降低成本,而且节能减排,从而实现氢元素的‘自产自销’”。 最重要的是,在这个过程中还可以打破聚乙烯中稳定的碳骨架,使分子链段变短,而且得到的产物是环状烃,相比链状烃具有更高的价值。
要实现动态“氢呼吸”策略,寻找一种合适的催化剂是关键。曾杰提出“酸性位点可以促进烯烃环化成环状烃”。研究人员在原有的金属钌催化剂上引入了具有酸性位点的分子筛作为载体。他们发现,这种新型催化剂可以使聚乙烯顺利发生脱氢环化过程,并释放出氢气,顺利引发后续的加氢裂化过程。
在分子筛负载的钌催化剂作用下,废弃聚乙烯塑料逐渐被降解。最终,经过24小时的催化反应,高密度聚乙烯塑料的转化率达到69.6%, 其中主要降解产物是液体环状烃。环状烃是高附加值的化工品之一,可以作为合成药物、染料、树脂和纤维的原材料,用途广泛。
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