“可降解塑料”的有效路径——化学回收

2021/7/6 阅读数:
随着“垃圾分类”的推广和人们环保意识的提高,“可降解”塑料越来越受到青睐,很多企业也打出了“可降解”和“环保”的招牌。
随着人们对可降解塑料认识越来越深入,可降解塑料可能不是那么环境友好。
塑料在自然环境中降解一般需要数百甚至上千年,从环境容量的角度而言,塑料已经成为超级垃圾。截止到2019 年底,中国的初级形态塑料产量已累计到10亿吨。作为石油资源高度依赖进口的塑料消费大国,中国在“塑控”——调控塑料生产、消费与后端处理、处置问题所处的情形较全球大多数国家更紧迫。


可降解塑料不等于环保塑料

2020年1月,国家发改委和生态环境部联合下发《关于进一步加强塑料污染治理的意见》(以下简称“《意见》”),规定“到2020年底,直辖市、省会城市、计划单列市城市建成区的商场、超市、药店、书店等场所以及餐饮打包外卖服务和各类展会活动,禁止使用不可降解塑料袋,集贸市场规范和限制使用不可降解塑料袋”,“到2020年底,全国范围餐饮行业禁止使用不可降解一次性塑料吸管;地级以上城市建成区、景区景点的餐饮堂食服务,禁止使用不可降解一次性塑料餐具”。
《意见》同时提出,在商场、超市、药店、书店等场所,推广使用环保布袋、纸袋等非塑制品和可降解购物袋,鼓励设置自助式、智慧化投放装置,方便群众生活。推广使用生鲜产品可降解包装膜(袋)。建立集贸市场购物袋集中购销制。在餐饮外卖领域推广使用符合性能和食品安全要求的秸秆覆膜餐盒等生物基产品、可降解塑料袋等替代产品。在重点覆膜区域,结合农艺措施规模化推广可降解地膜。
在塑料领域,“可降解”并非资源节约、环境友好的代名词。塑料的本质碳龄、在产品链中的位置,加上后端处理处置方式,共同决定着其全生命周期的综合环境绩效。
目前市面上的塑料包括石油基非生物可降解塑料即传统塑料PE、PP、PET等,生物基非生物可降解塑料如生物基-PE、生物基-PP、生物基-PET等,石油基生物可降解塑料如PBAT/PBS、PCL等,生物基生物可降解塑料如PLA、PHA等。
据相关人士介绍,向下游加工、制取塑料制品的过程中,每吨可降解树脂与传统树脂的能源需求基本相当。然后,塑料使用是功能决定的。在功能单位一致的情况下,新生代塑料制品的物料需求普遍较传统塑料制品要高,例如,1.5~2 公斤PBS制塑料托盘在功能上才与1公斤PP制塑料托盘相当。在功能单位下,PBAT塑料、PBS塑料的环境影响通常会更大一些。
特别是当末端处理方式为焚烧的情况下,替代既不能实现“减量”的政策预期,又支付了更高的环境成本。
根据行业专业人士研究,北京市生活垃圾焚烧处理全过程的社会成本为2253元/吨(2017 年)。其中,收集、运输和转运环节的成本为1164元/吨,焚烧排放二英致癌健康损失764元/吨,焚烧享有的各类补贴合计为325元/吨。填埋的全过程社会成本也很高,为1530元/吨(2012年),其中收集成本约占60%。
公众原本为保护环境而进行的绿色购买(可降解塑料)支付变成了损害环境的“赔偿金”。


现行塑料管控政策存在二元对立

据相关人士介绍,在2017年和2018年,我国塑料消费的38%用于包装。很多包装,如快递袋、外卖袋、奶茶等现制现售软饮料的包装杯、食品袋、购物袋、日化包装袋、吸管等,大部分为一次性用品。
像北京这样的大城市,我们生活中使用后的塑料,没有区分可降解和非可降解的,基本上都被分在生活垃圾的“其他垃圾”那一类,而且大城市其他垃圾主要以焚烧为主。
现在各地推行的升级版“禁限塑”政策,是在有条件的地方、领域使用可降解塑料替代传统塑料,但目前市场上的可降解塑料主要是化石基的,如果用后处理方式是焚烧,它的环境影响,尤其是碳排放,不仅没有减少,反而增加了。
而《意见》提出,以可循环、易回收、可降解为导向,研发推广性能达标、绿色环保、经济适用的塑料制品及替代产品,培育有利于规范回收和循环利用、减少塑料污染的新业态新模式。
相关行业人士认为,我国目前针对塑料管控的政策目标具有明显的二元性,可降解为主的源头治理与以焚烧为主的实际管理冲突明显。
不改革塑料垃圾分类机制,塑料用后命运将以焚烧为主,如果用焚烧的方式处置,可降解塑料不能从根本上解决用后塑料的污染问题。
塑料消费不仅给我国造成了严重的环境污染,也加速了石油消费增长。我国未来要逐步禁止对环境污染严重、回收困难的塑料产品消费,并对可回收利用的塑料和生活必需品的塑料消费实行“限制”与“替代”。在生产和消费两端发力,建立禁止生产的塑料种类目录。
行业相关专业人士建议,推动塑料经济从开环的线性模式走向闭环的循环模式。要做到这一点,需要在三个方面发力。第一,促进易回收的塑料实现100%回收,是减排塑料垃圾,提高回收再利用的关键。这需要塑料分类、生活垃圾分类管理从理念到机制的革新,同时加强基础建设及监管能力。


有必要将家庭塑料消费重新分类

一类是可回收利用的生活必需塑料品,对此类塑料,管理的思路是“限制”与“替代”相结合。另一类是难回收利用和非必需的塑料品,对此类塑料,管理思路的核心是“禁止”“限制”“替代”相结合。
提高塑料在经济系统中的循环性能:
一是提高塑料的可回收性;
二是减少塑料原料对耗竭性资源特别是石油的依赖;
三是塑料需要减量和平衡发展。所谓“平衡发展”是指经济系统对塑料原料的需求100%来自其回收再利用塑料制品,虽然由于产品用途要求,少量的塑料原料需取自自然可再生资源,但是,用后富余的那部分回收再制造原料足以补偿来自可再生资源的塑料原料的消耗。
通过行业专业人士的数据调研,若对塑料全产业链管理,“十四五”时期,我国可减少传统塑料消费接近1200万吨,避免塑料焚烧将近700万吨,原料节油2600余万吨,比2018年长庆油田全年的原油产量还多5%~6%左右,减排二氧化碳高达1.2亿吨。
“十四五”中国“减塑”的总社会效益高达510亿元,这部分收益可以满足减量焚烧将近700万吨塑料的化学回收工艺的建设与运行。


堆肥or焚烧可降解塑料,孰优孰劣?

生物降解塑料不会在自然环境中“凭空消失”,其废弃物处理方法决定着它能否实现完全降解消失。然而,由于缺乏数据,许多对生物降解材料的生命周期评价忽略了废物处理这一阶段。
处理生物降解塑料的方法有:工业堆肥、家庭堆肥、厌氧消化、焚烧,究竟孰优孰劣?
不会“凭空消失”的生物降解塑料
“生物降解塑料被丢到自然环境中并不会魔术般凭空消失。”根据海南省生态环境厅官方公众号 2020 年 6 月发布的消息,在生物降解塑料的废弃物处理阶段中,需要先进行配套的分类回收,然后在恒温恒湿严格控制的工业堆肥条件下进行后端处理。生物降解塑料不能够直接作为不可降解塑料(普通塑料)的替代材料甚至解决方案,而应该谨慎对待。
家庭堆肥,工业堆肥,厌氧消化?还是焚烧?
生物处理 VS 焚烧
家庭堆肥、工业堆肥和厌氧消化这三种处理方法属于生物处理(biotreatment)。
根据研究,对生物降解塑料废物进行生物处理和焚烧的效果对比如下:
生物处理方法均生产土壤改良剂,如堆肥处理形成堆肥腐殖质;
生物处理方法还能促进碳和其他营养物质的循环;
在三种生物处理方法中,家庭堆肥的效益大致等于焚烧的效益,未来如果焚烧厂的能源效率有显著改善,焚烧的效益可能比家庭堆肥更好。
堆肥 VS 厌氧消化
堆肥包括家庭堆肥和工业堆肥。对生物降解塑料废物进行堆肥和厌氧消化的效果对比如下:
厌氧消化过程生产的肥料保留营养成分氮,肥效更高;
厌氧消化过程还产生具有能量回收价值的沼气;
通常情况下,厌氧消化的产品相对不那么稳定和清洁,因而需要先进行好氧处理。
工业堆肥 VS 家庭堆肥
对生物降解塑料进行工业堆肥与家庭堆肥,两者效果相比:
工业堆肥温度较高,生物质也能够更好地混合,所以降解速度更快;
工业堆肥下,甲烷和一氧化二氮的排放量更低。
厌氧消化或是目前最佳选项
一项发表于《聚合物降解与稳定性》(Polymer Degradation and Stability)的研究提出:在以上所提及的四种废物处理方法中,目前厌氧消化最有利于发挥生物降解材料的价值,因为它结合了能量回收和消化物(肥料)生产。
不过,现实情况是生物降解塑料并不一定能在三种生物处理过程中都实现降解,例如热塑性生物降解塑料 PBAT 就无法在厌氧消化环境中降解,聚乳酸 PLA 在温带气候的家庭堆肥下不会降解。


化学回收的定义

严格意义上讲,“化学回收”是“化学循环”的第一步,是塑料循环产业链的前半部分。化学循环是将塑料废弃物经过一系列的化学反应重新生成塑料和其他有价值的化学品的过程,那么化学回收则是将塑料废弃物经过一系列的化学反应生成油、气、炭等中间化学品的过程。
回收技术分类
过氧化法:以焚烧发电的方式,处理所有类型废塑料,配合足量的氧气,使废塑料得到充分利用,高分子材料中的碳和氢分别生成二氧化碳和水,产出热能。
部分氧化法:适用于聚烯烃类废塑料,有氧气部分参与,生成合成气,产品导入煤化工制甲醇和氨气等。
解聚法:或称萃取法,适用于缩聚类塑料,有醇解、水解、溶剂解等类型,可产出单体(如DMT、PTA、CPL等),产品可导入化纤和塑料产业制化纤和塑料。
无氧裂解法:适用于聚烯烃类废塑料,一是液化工艺,主要有热解、催化裂解和加氢裂解三种类型,热解一般产出重油和蜡,催化裂解可产出轻油,产出物均可导入石油化工制燃料或化工产品(如塑料);二是炭化工艺,可产出焦炭、活性炭或RDF,产品可导入炼焦化工制功能碳(如纳米碳)。

“可降解塑料”本质上其实依然是塑料,既然是塑料,化学回收的价值就可以完全地发挥出来,不仅在于减少焚烧产生的二噁英等污染,还可以减少碳排放50%以上,更多的是充分回收资源,终结塑料垃圾。
塑料回收再生不再作为一个以前做物理回收的,降低成本,取代新料的一个行业,它主要是以降本为目的,化学回收在观念上是完全不一样的,因为化学回收出来的就是新料,它就是做化学回收的目的,是为了治理塑料环境污染,建立整个塑料环境的闭环经济。
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