如果想在未來(lái)十年實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的宏偉目標(biāo)，消費(fèi)品品牌的所有者們就需要將先進(jìn)的化學(xué)回收技術(shù)作為機(jī)械回收技術(shù)的必要補(bǔ)充。為克服現(xiàn)有熱解方法的局限性，目前已有數(shù)十家技術(shù)供應(yīng)商正在開發(fā)新的技術(shù)，以及將化學(xué)回收塑料的替代方法商業(yè)化。

目前，先進(jìn)的化學(xué)回收技術(shù)正越來(lái)越多地成為機(jī)械回收的補(bǔ)充方案，快速消費(fèi)品（FMCG）領(lǐng)域的品牌所有者們承認(rèn)，在對(duì)消費(fèi)后回收（PCR）成分的使用方面，化學(xué)回收技術(shù)發(fā)揮了開拓性的作用。與此同時(shí)，幾家領(lǐng)先的化學(xué)公司已投資于先進(jìn)的回收技術(shù)供應(yīng)商并（或）與其建立了合作伙伴關(guān)系?，F(xiàn)在，大家都在關(guān)注正在進(jìn)行的立法討論以及有關(guān)化學(xué)回收和質(zhì)量平衡核算狀況的審議工作，行業(yè)希望有一個(gè)定義明確、包容性強(qiáng)的政策框架，因?yàn)檎麄€(gè)塑料價(jià)值鏈都很清楚，實(shí)現(xiàn)塑料的循環(huán)利用需要一整套的解決方案。

由不同種類的塑料和不同的聚合物組成的塑料廢物是復(fù)雜的，這種復(fù)雜性決定了先進(jìn)回收方案的多樣性（如圖1所示）。目前，最大的先進(jìn)回收產(chǎn)出只能通過(guò)使用氣化或熱解的熱化學(xué)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)?？紤]到技術(shù)成熟度、技術(shù)供應(yīng)商的總量以及工廠的平均規(guī)模，熱解是首選方案（如圖2所示），它可以處理混合的聚烯烴廢物流，并能將它們轉(zhuǎn)化為適合食物接觸應(yīng)用的與原生樹脂性能相當(dāng)?shù)脑偕牧系燃?jí)。推動(dòng)熱解方案不斷增長(zhǎng)的一個(gè)重要因素是，那些嚴(yán)重依賴于PE和PP包裝的 FMCG品牌所有者們都希望實(shí)現(xiàn)其雄心勃勃的目標(biāo)：在其產(chǎn)品包裝中使用更多的回收成分。

圖1 先進(jìn)的回收技術(shù)跨越了廣泛的領(lǐng)域（圖片來(lái)自nova-institute GmbH）

圖2 熱解是首選方案（圖片來(lái)自nova-institute GmbH）

熱解技術(shù)的存在已有一段時(shí)間，為滿足石化工業(yè)的需求，現(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)正在得到微調(diào)。德國(guó)nova-institute公司在其2022年6月發(fā)布的報(bào)告中已確定了60多家熱解技術(shù)供應(yīng)商，目前這一名單的數(shù)量還在增加。許多公司都在努力改進(jìn)這項(xiàng)工藝，以盡可能減少對(duì)環(huán)境的影響，比如，使用創(chuàng)新的催化劑來(lái)降低工藝溫度從而降低能耗，以及縮短處理時(shí)間。而廢料預(yù)處理及后處理技術(shù)的進(jìn)步，也進(jìn)一步提高了處理產(chǎn)物的質(zhì)量和數(shù)量。

放寬眼界: 超越熱解

先進(jìn)的回收技術(shù)主要分為三大類：

1. 原料的回收利用，如熱解和氣化；

2. 解聚，如溶解和酶解；

3. 溶劑提純，一種物理回收工藝。

這3類回收技術(shù)所處理的塑料類型及由此獲得的產(chǎn)物各不相同，本文將重點(diǎn)介紹前兩類先進(jìn)的化學(xué)回收技術(shù)。

目前，塑料回收領(lǐng)域已取得了一些進(jìn)展，整個(gè)行業(yè)已進(jìn)入一個(gè)重要的臨界點(diǎn)。正如AMI最近所報(bào)道的，2022年，全球化學(xué)回收投入的產(chǎn)能接近120萬(wàn)噸，這還不包含將使用后的塑料加工成燃料的設(shè)施。許多工廠計(jì)劃從現(xiàn)在開始到2023年，全面投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，甚至正在醞釀到2023年啟動(dòng)更大的產(chǎn)能。

目前，除熱解和氣化外，其他技術(shù)的產(chǎn)出并不大，但技術(shù)供應(yīng)商特別是解聚技術(shù)的供應(yīng)商的數(shù)量卻在增加。隨著伊士曼這樣的行業(yè)主要企業(yè)計(jì)劃投資10億美元在法國(guó)建立一個(gè)準(zhǔn)備于2025年投入使用的16萬(wàn)噸的解聚廠，預(yù)計(jì)產(chǎn)出還將增長(zhǎng)。

此外，許多新興技術(shù)也參與到這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)之中，值得關(guān)注。這些技術(shù)領(lǐng)域中的許多供應(yīng)商正在尋求應(yīng)對(duì)早期化學(xué)回收過(guò)程中遇到的挑戰(zhàn)，并在此過(guò)程中獲得了行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)的支持。下面，讓我們來(lái)詳細(xì)地了解該領(lǐng)域中一些有前景的技術(shù)進(jìn)展情況。

原料回收新技術(shù)

傳統(tǒng)的氣化工藝所帶來(lái)的主要挑戰(zhàn)之一是產(chǎn)生的焦油含量高。由荷蘭TNO研究所開發(fā)、Synova擁有的專利技術(shù)，不會(huì)產(chǎn)生焦油廢物流。

這項(xiàng)經(jīng)過(guò)15年的開發(fā)、測(cè)試和試驗(yàn)的工藝，是基于間接氣化的概念，即在一個(gè)容器中整合了循環(huán)流化床、熱解和沸騰式流化床燃燒。用于Synova工藝的廢棄原料幾乎可以是任何塑料，包括附帶的生物材料、惰性物質(zhì)以及高達(dá)30%的水分。該工藝產(chǎn)生的分子與石腦油蒸汽裂解器產(chǎn)生的分子相似。

如圖3所示，在處理過(guò)程中，OLGA部分可以去除99.5%的焦油并將其作為Milena氣化爐/裂解爐的原料，這就實(shí)現(xiàn)了對(duì)焦油和固體產(chǎn)物的高效回收利用。

圖3 間接氣化工藝（圖片來(lái)自Synova）

氣化的另一個(gè)重大挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)出。作為芬蘭科學(xué)孵化器VTT LaunchPad的一部分而為Olefy開發(fā)的一項(xiàng)正在申請(qǐng)專利的技術(shù)，可以從塑料廢棄物中提取70%以上的原生級(jí)別的塑料和化學(xué)原料組分。目前這項(xiàng)技術(shù)正在試驗(yàn)階段，Olefy預(yù)計(jì)，其第一個(gè)工業(yè)示范工廠將于2026年投入運(yùn)營(yíng)。

下面再來(lái)看看由Aduro Clean Technologies公司（以下簡(jiǎn)稱Aduro，加拿大安大略省薩尼亞市）開發(fā)的一個(gè)有趣的原料回收解決方案。2021年，Aduro加入了一個(gè)向Brightlands Chemelot Campus（以下簡(jiǎn)稱Brightlands，是Chemelot Circular Hub的一部分）推廣創(chuàng)新技術(shù)的不斷壯大的行列。經(jīng)詳細(xì)審核后，Brightlands給出的結(jié)論是，與標(biāo)準(zhǔn)的熱解法相比，Aduro的技術(shù)通過(guò)化學(xué)回收為回收利用PE提供了更大的優(yōu)勢(shì)。

如圖4所示，Aduro正在申請(qǐng)專利的水基化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝能夠在相對(duì)較低的溫度（＜375℃）下運(yùn)行，其他方面的優(yōu)勢(shì)是：適合更廣泛的原料、產(chǎn)出高、不產(chǎn)生芳烴以及能夠使用低成本的原料和催化劑。在小型生產(chǎn)規(guī)模下，其加工產(chǎn)物無(wú)需經(jīng)過(guò)加氫處理和后處理就能用作裂解爐的原料。預(yù)計(jì)這項(xiàng)技術(shù)的投資和運(yùn)行成本都較低。

圖4 Aduro Clean Technologies公司的水基化學(xué)轉(zhuǎn)化工藝能夠在相對(duì)較低的溫度下運(yùn)行（圖片來(lái)自Aduro Clean Technologies）

中試規(guī)模的反應(yīng)器已進(jìn)入最后完工階段，其設(shè)計(jì)使其能夠處理各種塑料原料，如作為單一料流的PE、PP和PS，以及這些原料流的混合物。在試驗(yàn)階段，還對(duì)含有污染物（如紙張、聚合的材料和鋁箔等）的多層塑料的處理進(jìn)行了評(píng)估。在試點(diǎn)工廠，為客戶提供的測(cè)試即將啟動(dòng)。預(yù)備用作商業(yè)化的裝置（日產(chǎn)出約1996kg）預(yù)計(jì)將于2023年年底前投入使用。

英國(guó)Mura Technology公司（以下簡(jiǎn)稱Mura）提供的技術(shù)也優(yōu)于傳統(tǒng)的熱解工藝，其專利的HydroPRS（熱水塑料回收系統(tǒng)）工藝?yán)贸R界水蒸氣將塑料轉(zhuǎn)化為油和基礎(chǔ)化學(xué)品，這種反應(yīng)條件允許高產(chǎn)率地產(chǎn)出碳?xì)浠衔铩?duì)超臨界水的應(yīng)用，提供了一種快速加熱的方法，避免了過(guò)高的溫度，最大程度地減少了炭的形成。

自2021年以來(lái)，陶氏一直在與Mura合作。2022年早些時(shí)候，他們宣布了一項(xiàng)在美國(guó)和歐洲建立多個(gè)設(shè)施的計(jì)劃，以期到2030年將總的先進(jìn)回收產(chǎn)能增加12億磅（約5.44億千克）。計(jì)劃中的5個(gè)工廠中的第一個(gè)將在德國(guó)B?hlen建成，預(yù)計(jì)2025年投入使用，全速運(yùn)行時(shí)，其年產(chǎn)能將達(dá)到2.4億磅（約1.09億千克）。

解聚的興起

與原料回收相比，解聚更有利于在較短的循環(huán)（廢物轉(zhuǎn)化為單體與廢物轉(zhuǎn)化為原料）基礎(chǔ)上進(jìn)行生命周期評(píng)估（LCA）。但問(wèn)題是，必須對(duì)塑料廢物流進(jìn)行仔細(xì)分類，而且，目前包括伊士曼在內(nèi)的大多數(shù)技術(shù)供應(yīng)商關(guān)注的主要是PET廢料。

伊士曼的聚酯再生技術(shù)可以處理軟的飲料瓶、地毯甚至是聚酯衣物等材料，并能通過(guò)糖酵解或甲醇分解將它們轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)的單體。目前，伊士曼的分子回收工廠（美國(guó)田納西州Kingsport）利用糖酵解來(lái)進(jìn)行分解，而其位于法國(guó)的工廠將使用甲醇分解裝置來(lái)解聚廢物，如圖5所示。

圖5 用于智能手機(jī)外殼的Tritan Renew共聚酯是采用伊士曼分子回收工廠提供的再生PET制成（圖片來(lái)自Eastman Chemical Co.）

下面再來(lái)討論微波技術(shù)。已有兩家公司不再將其目光局限于PET。位于加拿大蒙特利爾的Pyrowave公司所擁有的“微波催化解聚聚苯乙烯（PS）廢料”的工藝已獲得了技術(shù)專利。該公司正在與米其林公司（第一個(gè)技術(shù)許可證持有者）合作，計(jì)劃于2023年建成一個(gè)示范工廠。對(duì)該工藝的初步測(cè)試結(jié)果顯示，能產(chǎn)生接近98%的流體產(chǎn)物以及純度高達(dá)99.8%的苯乙烯單體（接近原生材料）。展望未來(lái)，Pyrowave計(jì)劃進(jìn)一步開發(fā)該技術(shù)平臺(tái)，使其適用于其他類型的廢物。

在日本，Microwave Chemical Co. Ltd.正與三井化學(xué)公司合作，為解聚特種聚合物如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚氨酯（PUR）而開發(fā)基于微波的先進(jìn)回收工藝，如圖6所示。他們還在研究更復(fù)雜的塑料垃圾，如汽車破碎殘余物——一種主要由聚丙烯基塑料和熱固性片狀模塑料（SMC）組成的混合物。

圖6 用于PUR泡沫的化學(xué)分解工藝（圖片來(lái)自Microwave Chemical Co., Ltd.）

最后，讓我們從化學(xué)工藝電氣化的進(jìn)步轉(zhuǎn)向工業(yè)生物技術(shù)在回收產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用。雖然這還是一個(gè)小眾市場(chǎng)，但技術(shù)供應(yīng)商如法國(guó)的Carbios公司和澳大利亞的Samsara Eco Pty Ltd.（以下簡(jiǎn)稱Samsara）已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，Carbios公司的酶解聚工藝如圖7所示。

圖7 酶解聚工藝（圖片來(lái)自Carbios）

自2021年9月起，Carbios已擁有了一個(gè)全面運(yùn)行的工業(yè)示范工廠，預(yù)計(jì)到2025年，一個(gè)年產(chǎn)能1億磅（約0.45億千克）的參照工廠也將啟動(dòng)運(yùn)行，該工廠由Carbios與Indorama Ventures 合作建造。

Samsara的試點(diǎn)工廠也已投入運(yùn)行。該公司已經(jīng)為其第一個(gè)商業(yè)化的設(shè)施籌集了資金，即位于維多利亞的一個(gè)年產(chǎn)能4000萬(wàn)磅（約1.8萬(wàn)噸）的聚酯回收設(shè)施，預(yù)計(jì)將于2023年年底投入使用。

作為積極的合作參與者，Carbios還與FMCG和紡織品品牌合作，加強(qiáng)了對(duì)PET的回收利用。最近，該公司還加盟全新的歐洲項(xiàng)目WhiteCycle，該項(xiàng)目由米其林負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)，于2022年7月1日啟動(dòng)，旨在為升級(jí)利用復(fù)雜的多材料廢物如多層紡織品和橡膠制品復(fù)合材料而開發(fā)循環(huán)利用解決方案。

雖然目前的重點(diǎn)是回收PET廢棄物，但Carbios和Samsara都在尋求改進(jìn)他們的工藝，以適用于其他類型的塑料，包括尼龍、聚烯烴、聚碳酸酯和聚氨酯等。