塑料在我們的生活中隨處可見,常見的飲料瓶、電視機外殼、燈罩等,很多都是用塑料制成的。大量用后即棄的廢塑料如果不能被合理、有效地回收,不僅會造成環境污染,也是對碳資源的一種浪費。塑料的回收利用在近幾年成了一個熱門的研究領域,作為減碳循環中的重要環節,扮演著重要的角色。
在今年8 月舉行的美國化學學會秋季年會上,美國太平洋西北國家實驗室領導的研究小組提出了一項塑料回收創新方法,它在減少貴金屬釕使用量的同時,提高了對有用產品的轉化率。這項研究使科學家有機會開發出更高效、更具選擇性和多用途的塑料回收催化劑。
這種新方法更有效地將塑料轉化為有價值的商品化學品,這一過程被稱為“升級再造”。此外,與其他報告的方法相比,這種方法產生的副產品甲烷要少得多。
石油基塑料垃圾是一種未開發的碳基化學物質來源,可用作制造有用的耐用材料和燃料的起始材料。
眾所周知,向聚丙烯和聚乙烯等難以回收的塑料中添加氫氣(一種稱為氫解的反應),是一種將廢塑料轉化為碳氫化合物的有前景的策略。這一過程需要催化劑具有高效率和選擇性才能在經濟上可行。
研究小組發現,減少貴金屬釕的含量實際上提高了聚合物的升級再造效率和選擇性。他們最近發表在《ACS 催化》上的一項研究表明,當金屬與載體結構的低比例導致結構從有序的粒子陣列轉變為無序的原子筏時,效率就會提高。
基于上述發現,研究小組在分子水平上觀察到了無序的轉變,然后利用既定的理論證明,在這項實驗工作中,單原子實際上是更有效的催化劑。
研究人員表示,他們已經研究了更便宜、更容易獲得的載體材料來替代氧化鈰。研究還發現,經過化學修飾的二氧化鈦,可能會為聚丙烯的升級再造提供一條更有效、更有選擇性地途徑。
當沒有清潔的塑料來源時,工業升級過程中會有來自聚氯乙烯和其他來源的氯。氯會污染塑料的升級再造反應。為了使新方法適用于混合塑料回收流水線,研究小組現在正在探索氯的存在如何影響化學轉化的效率,或有助于將通常會導致環境污染的廢塑料轉化為有用的產品。
其實,關于廢塑料利用,國內對于這一塊的研究從未停滯。
比如:早前在中國杭州低碳科技館的一場時尚走秀中,再生塑料以精美文創產品的面貌出現在聚光燈下。用可樂瓶塑料變成的RPET 材質做成的圍巾、雨傘、包包等潮流服飾,亮相在公眾面前;日本花王用廢棄塑料瓶制成瀝青路面新材料,耐久性最高升至5 倍,能夠減少道路老化導致的施工和粉塵產生;近期上海交通大學的一項研究,又讓廢舊塑料利用方式增加了一種新的可能。研究團隊使用光伏技術、風電技術等產生的“綠電”,讓PET 廢塑料回收利用升級,不僅產出了高附加值的工業化學品和燃料,還能實現溫室氣體二氧化碳的資源化轉化。
陽光、風、二氧化碳,用這些自然界中隨手可得的材料,就能讓礦泉水瓶、一次性包裝等聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)廢塑料高效轉化成工業中常用的甲酸資源和氫氣燃料。
據估算,如果采用這樣的模式推廣成功的話,每回收1噸PET 廢塑料可以創造約557 美元的經濟收益,表現出較高的商業化經濟價值。
隨著塑料循環時代的到來,塑料回收再生正在重塑塑料價值鏈,塑料回收產業鏈也為投資者提供諸多機會:
閉環回收,改性造粒:根據分類閉環回收塑料,通過加入改性劑改進回收塑料的耐熱性、強度、透明性等。如在回收塑料中加入10%的納米滑石粉,使回收塑料的光亮性、強度、耐熱性得到提升。
再生塑料衍生產品:通過溶劑溶解制備防水漿料;泡沫板溶解制備膠黏劑;制備木質塑料板材。
將低值廢舊塑料催化熱裂解制備柴油、汽油、燃油、燃氣、聚乙烯蠟;廢舊塑料煉化潤滑油;催化裂解為單體再聚合為新塑料。
廢舊塑料回收的配套技術和配套設備。如超臨界水油化技術使廢舊塑料快速高效分解,處理方法清潔環保;催化分解塑料專用助劑等。
目前,我國廢塑料回收與再生利用產能和產量都位居世界第一,從事廢塑料回收和再生利用的企業數量超過了1.5萬家,相關從業人員規模約為90 萬人。2021 年,我國廢塑料的材料化回收量約為1900 萬噸,回收率達到31%,是全球廢塑料平均材料化回收率的近1.74 倍。
這組數據反映出,對于回收利用的整個產業鏈來說,塑料回收利用市場,無疑蘊藏著巨大的發展契機。
而與此同時,我國塑料回收再生利用行業具有產業鏈較長、進入門檻較低、高端產能不足、規模以上企業較少的特征。
碳中和時代已全面開啟,塑料回收再利用已成為塑料產業持續發展繞不開的解決方案。目前廢舊塑料的物理分揀和化學回收將廢棄塑料從垃圾中被分離再生,依靠強大的技術清潔催化再生技術、改性再造技術等,規避了傳統塑料再生污染的問題,一個萬億級的市場藍海已經形成,此時正是進入回收塑料行業的黃金時刻。