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化學(xué)回收成為塑料低碳化的關(guān)鍵選項(xiàng)之一

塑料自從上世紀(jì)五六十年代大規(guī)模使用以來(lái)，以其輕便，廉價(jià)，使用方便等優(yōu)點(diǎn)迅速走入了人們生活的各個(gè)方面?，F(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展更是離不開(kāi)塑料，從家居到汽車(chē)，從日化到食品，塑料在幾乎每個(gè)領(lǐng)域都扮演著重要的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在每年有近4億噸各種塑料被化工行業(yè)生產(chǎn)出來(lái)，然后被加工從各種類(lèi)型的塑料制品。這些塑料的生產(chǎn)、使用和廢棄處理都消耗了大量的資源。在氣候變化的大背景下，塑料行業(yè)也在積極尋找低碳化的路線(xiàn)。

在這些降低塑料碳排放的實(shí)踐中，使用再生塑料，也就是人們常說(shuō)的物理回收，已經(jīng)成為行業(yè)的共識(shí)。但物理回收存在一定的局限性，例如其對(duì)塑料回收的來(lái)源有一定的限制，再生塑料的性能一般且品質(zhì)不穩(wěn)定，大部分情形都是用在一些降級(jí)使用的場(chǎng)合。為了提升其性能，往往需要增加較多的成本。

塑料生產(chǎn)的單體大部分都是來(lái)自石油煉制的副產(chǎn)物，例如石腦油。隨著雙碳目標(biāo)的推進(jìn)，鑒于新能源和電動(dòng)汽車(chē)的普及，未來(lái)對(duì)于石油煉制主要產(chǎn)品，也就是汽柴油的需求將會(huì)到頂甚至降低。在這一大背景下，短期內(nèi)會(huì)有更多的化石能源被轉(zhuǎn)化成塑料，但是長(zhǎng)期來(lái)看塑料行業(yè)依靠化石能源提供原材料的格局將會(huì)產(chǎn)生變化。于是，人們將目光對(duì)準(zhǔn)了化學(xué)回收，也即是說(shuō)，考慮將地球上的存量塑料進(jìn)行裂解，然后將單體提純后重新聚合。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，人類(lèi)已經(jīng)生產(chǎn)了近100億噸塑料，大部分存在于我們周?chē)沫h(huán)境中。化學(xué)回收的主要目標(biāo)就是將這些存量塑料，特別是無(wú)法進(jìn)行物理回收的，通過(guò)降解的形式將其變成單體，然后再重新聚合成塑料或者其他有用的化學(xué)品。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于化學(xué)回收的討論和研究非常熱烈，但是其商業(yè)化都處在探索階段。根據(jù)麥肯錫咨詢(xún)的預(yù)測(cè)，到2050年，接近60%的塑料都來(lái)自于物理或者化學(xué)回收。尤其是化學(xué)回收，在不久的將來(lái)會(huì)獲得極大的增長(zhǎng)。

圖1：全球聚合物需求（數(shù)據(jù)來(lái)源：McKinsey& Company)

化學(xué)回收的分類(lèi)：針對(duì)聚酯和聚烯烴

從技術(shù)上講，化學(xué)回收可以分為兩大類(lèi)，一是以PET為代表的聚酯行業(yè)，其特點(diǎn)是這類(lèi)塑料一般為縮聚反應(yīng)所得，它可以被水解或者醇解；二是以PP和PE為代表的聚烯烴，其特點(diǎn)是這類(lèi)塑料一般是自由基聚合而來(lái)，其降解只能依靠熱裂解來(lái)進(jìn)行。聚酯行業(yè)的化學(xué)回收發(fā)展較快，目前來(lái)看，很有可能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；而聚烯烴行業(yè)的熱裂解依舊處于探索階段，其發(fā)展依賴(lài)于和后端聚合裝置的深度整合。

圖2：化學(xué)回收的不同類(lèi)型（上：聚酯，下：聚烯烴）

由于歷史發(fā)展的原因，國(guó)內(nèi)的聚酯塑料，特別是PET回收之后，主要被制備成了再生滌綸用在了紡織行業(yè)。但是，近些年來(lái)由于歐美，日韓以及東南亞對(duì)于“瓶到瓶”的政策放開(kāi)，用于食品飲料行業(yè)的再生PET需求量猛增。當(dāng)食品飲料行業(yè)重新審視PET的回收再利用，化學(xué)回收就體現(xiàn)出了較大的優(yōu)勢(shì)。首先，物理回收即使能夠?qū)㈦s質(zhì)去除得比較干凈，也很難保證批次之間質(zhì)量的穩(wěn)定，這主要是由于回收環(huán)節(jié)對(duì)于瓶片質(zhì)量的把控很難做到完全均一化；而化學(xué)回收通過(guò)解聚，單體純化及再聚合，能夠獲得與原生塑料一樣的性能和品質(zhì)穩(wěn)定性。其次，當(dāng)需求量增加的時(shí)候，物理回收的產(chǎn)能擴(kuò)張比較困難。目前市場(chǎng)上較大的PET物理回收單線(xiàn)產(chǎn)能一般是3-5萬(wàn)噸/年，而化學(xué)回收的產(chǎn)能可以根據(jù)反應(yīng)釜大小直接到30-60萬(wàn)噸/年。再次，物理回收的再生PET經(jīng)過(guò)固相增粘造粒之后，粘度有所提升，可以用在礦泉水瓶中，但是還是無(wú)法滿(mǎn)足碳酸瓶的粘度需求，因此對(duì)于高粘度再生聚酯的應(yīng)用場(chǎng)景，還是要依靠化學(xué)回收。最后，由于化學(xué)回收可以極大地?cái)U(kuò)大產(chǎn)能，從而將單噸加工成本有效降低，最終實(shí)現(xiàn)與原生料類(lèi)似甚至較低的成本。

國(guó)際品牌商可口可樂(lè)目標(biāo)在2030年將50%的包裝切換成再生塑料，而其他品牌商諸如寶潔，百事，聯(lián)合利華等，也制定了相應(yīng)的再生塑料使用目標(biāo)。對(duì)于食品飲料以及日化行業(yè)來(lái)說(shuō)，再生PET的需求量在2030年初步估算將超過(guò)400萬(wàn)噸。當(dāng)供應(yīng)鏈意識(shí)到化學(xué)回收在質(zhì)量，性能以及成本方面的優(yōu)勢(shì)之后，這一巨大的潛在市場(chǎng)將大大推動(dòng)PET化學(xué)回收的發(fā)展。

聚烯烴的化學(xué)回收一般來(lái)說(shuō)分為兩種，一種是熱裂解（Pyrolysis），也就是將聚烯烴為主的廢雜塑料在400-450度左右，無(wú)氧條件下裂解成粗制合成油。這個(gè)合成油中一般而言，成分復(fù)雜，如果要使用的話(huà)，需要后期做純化和加氫處理。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，此類(lèi)合成油的組分與廢舊塑料的成分有一定關(guān)系。如果廢舊塑料僅為聚烯烴，也就是PP和PE，那么合成油的組分也是以直鏈烴為主，顏色為淡黃至深黃色。如果廢舊塑料中還有PC，PET，PS等帶有苯環(huán)的廢雜塑料，那么合成油的組分除了直鏈烴也有一部分芳香烴，顏色一般為黑色。國(guó)內(nèi)有多家企業(yè)在嘗試用熱裂解的方式來(lái)制備合成油，然后通過(guò)工藝，催化劑及加氫等，來(lái)調(diào)整最終合成油產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，并嘗試作為初始原料用在化工行業(yè)。國(guó)際上，一些歐美石化公司采購(gòu)這種裂解油，加氫重整后與石腦油混合進(jìn)行裂解，制備出烯烴單體，然后再聚合，生產(chǎn)所謂的循環(huán)聚合物（circular polymer）。這種循環(huán)聚合物由于碳排放較低，因此獲得了一部分品牌和用戶(hù)的青睞。

聚烯烴的化學(xué)回收第二種就是氣化（Gasification），也就是在1200度以上，將廢塑料直接氣化成合成氣（一氧化碳和氫氣），然后再通過(guò)合成氣制備相應(yīng)的化工和塑料產(chǎn)品。氣化的路線(xiàn)由于對(duì)設(shè)備要求較高，因此目前國(guó)外僅有試驗(yàn)裝置，尚未有商業(yè)化裝置。國(guó)內(nèi)在這個(gè)方面也是剛剛起步。

化學(xué)回收的現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

相對(duì)于物理回收，化學(xué)回收由于涉及到化學(xué)反應(yīng)，而且裝置一般較大，有的還需要在高溫高壓下操作，因此化學(xué)回收的實(shí)踐者一般都應(yīng)該是大型石化企業(yè)，常規(guī)的物理回收再生企業(yè)要進(jìn)入該行業(yè)門(mén)檻較高。歐美的化工公司，諸如?？松梨?，陶氏化學(xué)，沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司，利安德巴塞爾等，都已經(jīng)在化學(xué)回收方面做了相應(yīng)的嘗試，也向市場(chǎng)推出了循環(huán)聚合物，但是都不大。很多情況下都是通過(guò)與小型創(chuàng)業(yè)公司合作或者直接收購(gòu)?fù)瓿?。例如巴斯夫公司向Quantafuel投資2000萬(wàn)歐元，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和改進(jìn)利用混合塑料廢料來(lái)生產(chǎn)熱解油的工藝；沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司與Plastic Energy建立了一座商業(yè)化的工廠(chǎng)來(lái)提升循環(huán)聚合物的產(chǎn)量；陶氏化學(xué)與Mura合作使用超臨界蒸汽將消費(fèi)后的家用塑料垃圾（包括柔性和多層塑料包裝）轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為工業(yè)級(jí)液態(tài)碳?xì)浠衔锂a(chǎn)品。

國(guó)內(nèi)華潤(rùn)化學(xué)是較早開(kāi)展聚酯化學(xué)回收的廠(chǎng)家，已經(jīng)在布局了20萬(wàn)噸的PET化學(xué)回收再生產(chǎn)能?？紤]到國(guó)外諸如“瓶到瓶”的食品級(jí)再生料應(yīng)用已經(jīng)放開(kāi)，相關(guān)的需求將推動(dòng)PET化學(xué)回收的產(chǎn)生釋放。對(duì)于聚烯烴的熱裂解而言，國(guó)內(nèi)有不少企業(yè)已經(jīng)進(jìn)行了若干年的探索，但均未能夠打通從熱解油到循環(huán)聚合物的路線(xiàn)，大部分情形下熱裂解油被拿去加工成了燃料，這也影響了人們對(duì)于熱裂解這條化學(xué)回收路線(xiàn)的信心。最近，中石化開(kāi)始嘗試在這方面開(kāi)展工作，希望能夠打通從廢塑料到熱解油，再到聚合物單體，最后完成循環(huán)聚合物的閉環(huán)。

化學(xué)回收項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)一般需要幾個(gè)重要條件：首先是足夠的低值廢塑料來(lái)源，其次是擁有化工裝置運(yùn)行的相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，最后是對(duì)應(yīng)于化學(xué)回收產(chǎn)品的市場(chǎng)。

具體而言，國(guó)外由于缺乏物理回收的基礎(chǔ)以及相關(guān)物理回收料的市場(chǎng)，因此除了聚酯之外，大部分的廢塑料都可以用作化學(xué)回收；國(guó)內(nèi)則大部分廢塑料要先經(jīng)過(guò)初步的分選，相當(dāng)部分進(jìn)入了物理回收的渠道，只有被挑剩下的低值廢塑料才會(huì)被用到化學(xué)回收過(guò)程中。因此，國(guó)內(nèi)的低值廢塑料來(lái)源對(duì)于化學(xué)回收就非常重要。考慮到單個(gè)化學(xué)回收裝置規(guī)模較大，因此需要配套的政策來(lái)支持這些低值廢塑料從目前的焚燒和填埋環(huán)節(jié)，進(jìn)入到化學(xué)回收過(guò)程中。

化學(xué)回收的裝置可以認(rèn)定是一般化工裝置，因此相關(guān)的審批，環(huán)評(píng)以及運(yùn)行等，都需要專(zhuān)門(mén)的化工裝置運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)。這和物理回收相比，技術(shù)上需要更多的積累和開(kāi)發(fā)。不論是聚酯還是聚烯烴，相關(guān)的化學(xué)回收剛剛起步，中小規(guī)模裝置的運(yùn)行商在摸索中，大型裝置的建設(shè)和運(yùn)行還需要一些時(shí)間。

最重要的是，目前國(guó)內(nèi)對(duì)于化學(xué)回收產(chǎn)品缺乏相應(yīng)的政策和市場(chǎng)支持。我們看到歐盟關(guān)于塑料循環(huán)和低碳化的一系列政策法規(guī)，以及歐盟公眾對(duì)于塑料循環(huán)的成熟理解，已經(jīng)形成了一個(gè)關(guān)于化學(xué)回收的市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)很多關(guān)于化學(xué)回收的裝置目標(biāo)也是歐盟市場(chǎng)。但是我們國(guó)內(nèi)由于大家對(duì)于化學(xué)回收還存在一定的爭(zhēng)議，很多人認(rèn)為從化石原料制備的原生塑料產(chǎn)能尚未充分利用，再去開(kāi)發(fā)成本更高的化學(xué)回收顯得得不償失。

化學(xué)回收的下一步

對(duì)于化學(xué)回收而言，最重要的是政府，行業(yè)以及消費(fèi)者要達(dá)成一個(gè)共識(shí)，那就是化學(xué)回收的目標(biāo)是為了解決塑料的低碳化，是為塑料循環(huán)進(jìn)行兜底，也是解決塑料污染的關(guān)鍵路徑之一。在這個(gè)共識(shí)之上，我們要逐步建立國(guó)內(nèi)自己的化學(xué)回收市場(chǎng)，通過(guò)市場(chǎng)行為來(lái)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈要素的集聚，以及相應(yīng)的技術(shù)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。我們認(rèn)為，在化學(xué)回收發(fā)展的前期，國(guó)外產(chǎn)能的需求能夠起到一定的推動(dòng)作用，但是最終還是要靠國(guó)內(nèi)市場(chǎng)以及供應(yīng)鏈的完善，才能更好地促進(jìn)化學(xué)回收的發(fā)展。

除此之外，化學(xué)回收本身是一個(gè)高分子解聚的過(guò)程，它本身是一個(gè)放熱反應(yīng)，對(duì)于能耗的需求并不大。但是，公眾需要對(duì)于化學(xué)回收過(guò)程的碳排放以及相關(guān)廢物處理有一個(gè)更加清晰的認(rèn)識(shí)，這些都需要行業(yè)同仁繼續(xù)努力，在完善化學(xué)回收工藝和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的同時(shí)，和上下游一起對(duì)于公眾進(jìn)行科普，打造一個(gè)更加低碳，綠色，可持續(xù)的化學(xué)回收未來(lái)。

本文系中華環(huán)境保護(hù)基金會(huì)美團(tuán)外賣(mài)青山公益專(zhuān)項(xiàng)基金“環(huán)保顧問(wèn)團(tuán)專(zhuān)家視點(diǎn)欄目”特約專(zhuān)家李斌教授撰寫(xiě)，更多專(zhuān)家觀點(diǎn)敬請(qǐng)期待。