紡織和化學(xué)工業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)：第一家整體紡織廢料精煉廠的發(fā)展

A.Nikolakopoulos

雅典國立技術(shù)大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院（希臘）

世界上第一個(gè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)范式誕生于歐洲研究項(xiàng)目Resyntex。Resyntex項(xiàng)目工藝包含一個(gè)完整的紡織廢料精煉過程，連接著化學(xué)和紡織工業(yè)。盡管化學(xué)工業(yè)已經(jīng)并將持續(xù)成為紡織工業(yè)纖維生產(chǎn)原料（聚合物）的基本供應(yīng)商，但卻沒有受到應(yīng)有的重視。大部分紡織廢料中天然纖維含量很高，紡織廢料中除了人工合成的部分（聚酯、聚酰胺等）外，還可以由天然纖維部分（棉、羊毛等）制備出更多的化學(xué)品，因此相較于目前紡織工業(yè)從化學(xué)工業(yè)中的獲益，若加上來自天然纖維的部分，化學(xué)工業(yè)可以從紡織廢料中獲益更多。

目前的紡織廢物處理方法有兩類，一是低價(jià)值的再利用（如用作填充、絕緣材料等），也稱降級循環(huán)；二是填埋或焚燒，這是最糟糕的處理辦法。第一種方法沒有解決材料的整個(gè)生命周期問題，使得實(shí)際廢棄物管理問題沒有解決，而第二種方法則對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，同時(shí)也浪費(fèi)了材料的剩余價(jià)值。

紡織部門需應(yīng)用大量資源并產(chǎn)生大量廢物，全球紡織廢料超過6 000萬t，其中32%被回收利用，68%被填埋。被填埋的紡織廢料中纖維降解緩慢，重金屬和持久性有機(jī)污染物（POP）以泄漏的形式（如溶出的染料）造成土壤和水污染。而且會導(dǎo)致稀缺和不可再生資源的損失。到2025年，紡織品市場規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)12億美元，隨之而來的紡織廢料管理問題預(yù)計(jì)將加劇。歐盟是世界上最大的紡織品消費(fèi)市場和第二大生產(chǎn)商。紡織業(yè)在歐洲制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用，雇傭人口達(dá)170萬，營業(yè)額達(dá)1 660億歐元。其出口額在世界市場占比超過30%。

實(shí)現(xiàn)紡織廢物管理已成為巨大的挑戰(zhàn)，同時(shí)也成為利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)使環(huán)境、社會和經(jīng)濟(jì)三位一體并相互交融的良機(jī)。從2015年開始，歐盟已經(jīng)制定了一套詳盡且有效的循環(huán)經(jīng)濟(jì)行動(dòng)計(jì)劃，在價(jià)值鏈的每個(gè)環(huán)節(jié)都采取行動(dòng)支持循環(huán)經(jīng)濟(jì)——從生產(chǎn)到消費(fèi)、維修和再制造、廢物管理和二次原料，都被反饋到經(jīng)濟(jì)中。作為歐盟的一項(xiàng)重要計(jì)劃，“地平線2020”（H2020）在實(shí)施歐盟原材料倡議和建立歐洲原材料創(chuàng)新伙伴關(guān)系方面發(fā)揮著重要作用，在原材料節(jié)能生產(chǎn)方面建立公私合作伙伴關(guān)系是其主要貢獻(xiàn)之一。

Resyntex既屬H2020又屬SPIRE項(xiàng)目，它針對整個(gè)紡織廢料進(jìn)行完全化學(xué)回收。簡言之，Resyntex是一項(xiàng)耗資1 100萬歐元的研究項(xiàng)目，其核心目標(biāo)是為這個(gè)1 660億歐元的行業(yè)創(chuàng)建一個(gè)新的紡織與化學(xué)行業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。在這個(gè)項(xiàng)目上，項(xiàng)目合作伙伴利用行業(yè)共生關(guān)系為完整的價(jià)值鏈創(chuàng)建有效模型。Resyntex項(xiàng)目于2015年6月開始，至2018年12月，已運(yùn)行了42個(gè)月。來自10個(gè)不同歐盟成員國的19個(gè)項(xiàng)目合作伙伴（圖1），將傳統(tǒng)上分離或獨(dú)立的利益?zhèn)€體（包括行業(yè)協(xié)會、中小企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和大型化工企業(yè)）通過研究和價(jià)值鏈聯(lián)系起來。該項(xiàng)目旨在采用一種新的開環(huán)回收方法，進(jìn)行纖維的化學(xué)轉(zhuǎn)化、化學(xué)工業(yè)中化學(xué)品和聚合物的生產(chǎn)及紡織品制造，這是一種獨(dú)立的循環(huán)經(jīng)濟(jì)范式。

圖1 Resyntex聯(lián)盟

Resyntex通過以下方式協(xié)調(diào)其活動(dòng)以實(shí)現(xiàn)這一宏偉目標(biāo)（圖2）。首先通過鼓勵(lì)行為改變并利用現(xiàn)有廢物管理網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施改進(jìn)廢物收集方法，尤其是對于非可穿戴紡織品。組織協(xié)調(diào)該項(xiàng)目的Soex集團(tuán)是世界上最大的紡織品分類和回收集團(tuán)，每天有超過1 000t紡織品分類到400多個(gè)等級。Soex設(shè)法將紡織廢料作為合適的回收原料加工，成功使該工藝適用于機(jī)械生產(chǎn)線，并能對多組分廢料進(jìn)行分選。項(xiàng)目的核心任務(wù)之一是開發(fā)一組環(huán)保工藝，用于將天然和合成廢纖維轉(zhuǎn)化為原料中間體，包括PET單體、聚酰胺（PA）低聚物、蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物和解聚纖維素，業(yè)已完成。

紡織品廢料是天然和合成材料的混合物，主要以棉和聚酯的形式存在。使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)和紅外技術(shù)，并結(jié)合Soex的機(jī)械分離，廢物流被分成不同組成的子流。化學(xué)過程涉及不同類型的水解和脫色及基于產(chǎn)物物理和化學(xué)性質(zhì)的一系列分離技術(shù)。Valagro公司以30t／a的中試規(guī)模從事棉花和羊毛解聚。Umari公司在小型試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上進(jìn)行PET和PA解聚。Boku公司在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上對所有紡織纖維進(jìn)行酶水解。Separex、IOS和Tekstina三家公司合作，致力于實(shí)驗(yàn)室和小試規(guī)模的PET／PA／棉花脫色。IOS公司還在廢水和固體廢物處理方面開展研究工作。與市場相關(guān)的價(jià)值鏈的最后一環(huán)是化學(xué)工業(yè)對其最終產(chǎn)品進(jìn)行后處理和凈化，Resyntex項(xiàng)目開發(fā)了進(jìn)一步的工業(yè)應(yīng)用。中間體被用于生產(chǎn)聚乳酸、乙醇、樹脂、小眾化學(xué)品、PET瓶及紡織纖維。

圖2 Resyntex項(xiàng)目價(jià)值鏈及其過程

Biochemtex公司已經(jīng)測試并發(fā)現(xiàn)適合生產(chǎn)第二代生物質(zhì)乙醇的糖類，以及可用于生產(chǎn)包裝材料的高質(zhì)量對苯二甲酸。Chimar公司通過部分替代有毒的酚類化合物，成功測試了蛋白質(zhì)在木板制造中的應(yīng)用。Arkema公司已經(jīng)研發(fā)出一些技術(shù)，盡管其研究成果不能立即商業(yè)化，但正用于生產(chǎn)幾種高價(jià)值的聚酰胺單體。Quantis公司使用最先進(jìn)的LCA和LCC技術(shù)工具評估環(huán)境影響并評估該過程的經(jīng)濟(jì)潛力。

Resyntex項(xiàng)目工藝在由Dettin公司于斯洛文尼亞建造的工業(yè)環(huán)境中進(jìn)行，目前尚為試驗(yàn)規(guī)模，產(chǎn)能為100t／a，其工藝設(shè)計(jì)和流程圖由雅典國立技術(shù)大學(xué)開發(fā)。基于對行業(yè)的洞察，利用工藝優(yōu)化成果，可使Resyntex項(xiàng)目工業(yè)規(guī)模產(chǎn)能達(dá)10 000t／a。

在循環(huán)經(jīng)濟(jì)需求的增長下，Resyntex項(xiàng)目正通過將各種利益相關(guān)者整合到一個(gè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)中，并致力于將理論概念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，從而徹底改變這一領(lǐng)域。通過創(chuàng)新的回收過程和專業(yè)知識的巧妙結(jié)合，紡織廢料被轉(zhuǎn)化為二次原料，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)并減少了對環(huán)境的影響。Resyntex項(xiàng)目建立了一個(gè)新的范式，并希望能引領(lǐng)其他行業(yè)向更完善的循環(huán)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型。