Введение в пластиковые отходы и необходимость их переработки
Непреодолимая глобальная проблема пластиковых отходов и их воздействие на окружающую среду привели к растущему спросу на решения по вторичной переработке. В результате на мировом рынке управления пластиковыми отходами наблюдается значительный рост, чему способствует интеграция инновационных технологий, таких как большие данные и машинное обучение, в системы переработки и управления мусором. Растущая осведомленность об экологических последствиях неправильной утилизации пластика, особенно о его влиянии на морские экосистемы, будет способствовать дальнейшему расширению рынка в прогнозируемый период. Эффективные методы переработки имеют решающее значение для построения устойчивого будущего и решения проблемы пластиковых отходов.
Мировой рынок управления пластиковыми отходами оценивается в 34,85 млрд долларов США в 2021 году и, как ожидается, достигнет 45,54 млрд долларов США к 2029 году, при этом среднегодовой темп роста составит 3,40% в течение прогнозируемого периода 2022-2029 годов.
Чтобы узнать больше, посетите https://www.databridgemarketresearch.com/ru/reports/global- Plastic-waste-management-market
Некоторые из потенциальных продуктов, которые могут быть изготовлены из ценного сырья, включают:
- Новые пластмассы: Деполимеризованные мономеры могут быть использованы для производства новых высококачественных пластиков, близких по свойствам к первичным материалам. Эти новые пластмассы могут использоваться в различных отраслях промышленности для производства упаковки, автомобильных компонентов, строительных материалов и многого другого.
- Топливо: Нефть и газ, добываемые посредством пиролиза и газификации, могут служить ценным сырьем для производства таких видов топлива, как дизельное топливо, бензин и авиационное топливо. Эти виды топлива можно использовать на транспорте и в производстве энергии, способствуя созданию более устойчивой энергетической структуры.
- Химическая и нефтехимическая промышленность: Деполимеризованные мономеры и синтез-газ могут быть использованы в качестве сырья в производстве различных химических и нефтехимических продуктов. Эти химические вещества находят применение в широком спектре отраслей промышленности, включая фармацевтику, текстильную и пластмассовую промышленность.
- Производство энергии: Сингаз, полученный в результате газификации, может быть использован в качестве экологически чистого источника энергии для производства электроэнергии или отопления.
- Угольно черный: Твердый остаток, уголь, оставшийся после пиролиза, может быть переработан для получения технического углерода, ценного материала, используемого в резине, чернилах и других промышленных целях.
- Водород: Газификация также может производить газообразный водород, который является универсальным энергоносителем, используемым в топливных элементах и различных промышленных процессах.
Борьба с пластиковым кризисом: призыв к действию по вторичной переработке и устойчивому развитию
- Глобальная проблема пластиковых отходов: Мир сталкивается с нарастающим кризисом из-за чрезмерного образования пластиковых отходов. Ежегодно производятся миллиарды тонн пластика, значительная часть которого попадает на свалки, в океаны и в окружающую среду. Сохранение пластика в окружающей среде представляет собой долговременную угрозу экосистемам, дикой природе и здоровью человека. Острая необходимость решения этой проблемы побудила правительства, организации и отдельных лиц искать эффективные решения по управлению пластиковыми отходами.
- Воздействие пластикового загрязнения на окружающую среду: Загрязнение пластиком имеет разрушительные последствия для окружающей среды. Пластик разлагается сотни лет, что приводит к накоплению микропластика, который загрязняет почву и водоемы. Морская жизнь серьезно страдает, когда животные проглатывают или запутываются в пластиковом мусоре. Выброс токсичных химикатов из пластиковых частиц еще больше угрожает водным экосистемам. Кроме того, пластиковое загрязнение способствует изменению климата, поскольку в течение своего жизненного цикла оно выделяет парниковые газы. Решение проблемы пластикового загрязнения жизненно важно для защиты биоразнообразия и сохранения хрупкого баланса экосистем планеты.
- Важность переработки и сокращения пластиковых отходов: Переработка и сокращение пластиковых отходов являются важными шагами по смягчению глобального пластикового кризиса. Перерабатывая пластик, мы можем снизить спрос на производство первичного пластика и сохранить ценные ресурсы. Это также предотвращает попадание пластика на свалки и в океаны, уменьшая загрязнение окружающей среды. Внедрение устойчивых практик, таких как сокращение потребления одноразового пластика и продвижение моделей экономики замкнутого цикла, может значительно сократить образование пластиковых отходов. Усилия каждого человека по переработке и минимизации использования пластика способствуют созданию более чистой и здоровой планеты для будущих поколений.
Обзор методов переработки пластика
Методы переработки пластика направлены на перенаправление пластиковых отходов со свалок и в океаны, снижая воздействие на окружающую среду и сохраняя ценные ресурсы. Эти методы можно разделить на два основных подхода: механическая переработка и химическая переработка.
Механическая переработка: Это наиболее распространенный вид переработки пластика. Он включает в себя несколько шагов:
- Сбор и сортировка: Пластиковые отходы собираются из различных источников и сортируются по типу смолы, цвету и другим характеристикам.
- Очистка: Отсортированный пластик тщательно очищается от загрязнений, таких как этикетки, клей и другие загрязнения.
- Измельчение и плавление: Очищенный пластик измельчается на мелкие кусочки, а затем расплавляется с образованием гранул или хлопьев.
- Производство новой продукции: Расплавленный пластик можно использовать в качестве сырья для производства новых продуктов, таких как контейнеры, бутылки и другие пластиковые изделия.
Химическая переработка: Этот подход предполагает расщепление пластиковых полимеров на составляющие их мономеры или другое ценное сырье посредством химических процессов. Некоторые распространенные методы химической переработки включают в себя:
- Пиролиз: Пластиковые отходы нагреваются в отсутствие кислорода, в результате чего образуются нефть, газ и уголь. Нефть и газ могут использоваться в качестве топлива или химического сырья.
- Деполимеризация: Пластмассы расщепляются на исходные мономеры, которые затем можно использовать для производства новых пластмасс с минимальным ухудшением качества.
- Газификация: Пластиковые отходы перерабатываются в синтез-газ, смесь окиси углерода и водорода, которую можно использовать в качестве чистого топлива или сырья для химических процессов.
Химическая переработка: инновационный подход
Определение и принципы химической переработки: Химическая переработка включает в себя расщепление пластиковых полимеров на ценное сырье посредством различных химических процессов. Принципы включают преобразование пластмасс в их исходные мономеры или производство синтез-газа и нефти. Цель состоит в том, чтобы создать высококачественное сырье, которое можно будет использовать для производства новых пластмасс, снижая зависимость от ископаемых ресурсов и сводя к минимуму пластиковые отходы.
Согласно анализу Data Bridge Market Research, рынок растет со среднегодовым темпом 4,6% в прогнозируемый период с 2023 по 2030 год и, как ожидается, достигнет 39 458 951,91 тысяч долларов США к 2030 году. Растущее использование переработанного пластика в различных отраслях промышленности стало основным фактором роста Мировой рынок вторичного пластика.
Чтобы узнать больше, посетите https://www.databridgemarketresearch.com/ru/reports/global-recycled-plastic-market
Типы процессов химической переработки: Методы химической переработки включают пиролиз, при котором пластик термически разлагается на нефть и газ; деполимеризация, при которой полимеры расщепляются на мономеры; и газификация, превращающая пластмассы в синтез-газ. Каждый процесс предлагает уникальные преимущества для переработки различных типов пластиковых отходов.
Процесс
Пиролиз:
Процесс: Пиролиз включает термическое разложение пластмасс в отсутствие кислорода, превращая их в нефть, газ и уголь.
Преимущества:
- Высокая универсальность: он может работать с широким спектром типов пластика, включая смешанные или загрязненные пластики.
- Производство ценных продуктов: Полученные нефть и газ могут быть дополнительно переработаны в топливо или использованы в качестве сырья в нефтехимической промышленности.
Деполимеризация:
Процесс: деполимеризация расщепляет полимеры на составляющие их мономеры или более мелкие молекулы, которые можно использовать для производства новых пластмасс.
Преимущества:
- Высококачественная переработка: в результате получаются мономеры со свойствами, близкими к первичным материалам, что позволяет получать высококачественные переработанные пластмассы.
- Специализированная переработка: позволяет целенаправленно перерабатывать определенные полимеры, такие как ПЭТ или полиамид, повышая эффективность.
Газификация:
Процесс: газификация превращает пластмассы в синтез-газ, смесь окиси углерода, водорода и других газов, которую можно использовать для различных целей.
Преимущества:
- Рекуперация энергии: Сингаз можно использовать для выработки электроэнергии или тепла, что обеспечивает возможность рекуперации энергии из пластиковых отходов.
- Подход «из отходов в энергию»: газификацию можно интегрировать в системы переработки отходов в энергию, сокращая количество свалок и способствуя замкнутому циклу.
Отличие от традиционной механической переработки: Химическая переработка отличается от механической переработки, поскольку она разлагает пластмассы на химические компоненты, что позволяет перерабатывать более широкий спектр пластмасс, включая смешанные и загрязненные пластмассы. Напротив, традиционная механическая переработка включает процессы сортировки, очистки и плавления для производства новых продуктов из пластиковых отходов, но имеет ограничения при переработке сложных потоков пластика.
Химическая переработка и традиционная механическая переработка: контрастные пути к устойчивому управлению пластиковыми отходами
Химическая переработка:
- Разбивает пластмассы на мономеры/синтез-газ для производства новых продуктов
- Работает со смешанными/загрязненными пластиками, сложными потоками отходов.
- Производит высококачественное сырье для новых продуктов.
- Газификация: превращает пластиковые отходы в синтез-газ/энергию.
- Поддерживает экономику замкнутого цикла, замыкает пластиковый цикл
Традиционная механическая переработка:
- Перерабатывает пластиковые отходы в новые продукты
- Ограничено конкретными типами пластика, сталкивается с проблемами
- Низкое качество, может сохранять примеси, ухудшается
- Потребляет меньше энергии, упрощает операции
- Может привести к сокращению использования и ограничению повторного использования
- Развитая инфраструктура, широко практикуемая
Пиролиз: превращение пластмасс в нефть и газ
Процесс пиролиза и его этапы: Пиролиз — это метод химической переработки, который включает в себя нагревание пластиковых отходов в отсутствие кислорода для их расщепления на полезные продукты. Процесс состоит из трех основных этапов: нагревание пластиковых отходов до высоких температур, испарение пластика в газы и охлаждение для конденсации газов в жидкие и твердые продукты. В результате получаются ценные продукты, такие как пиролизное масло, синтез-газ и уголь, которые можно подвергать дальнейшей переработке или использовать в качестве сырья.
Типы пластмасс, подходящих для пиролиза. Пиролизом можно обрабатывать широкий спектр пластмасс, включая полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), полистирол (ПС), полиэтилентерефталат (ПЭТ) и другие. Он подходит для смешанных пластиковых отходов, загрязненных пластиков и даже пластиков, не подлежащих вторичной переработке, которые невозможно эффективно переработать традиционными механическими методами.
Выход и качество продуктов, полученных в результате пиролиза. Выход и качество продуктов пиролиза зависят от различных факторов, таких как тип пластика, температура пиролиза и время пребывания. При пиролизе обычно получается около 50–75% пиролизного масла, 10–30% синтез-газа и 5–15% полукокса. Качество продукции может варьироваться в зависимости от конкретных параметров процесса: пиролизное масло является ценным сырьем для топлива и химикатов, а синтез-газ находит применение в энергетике и других отраслях.
Тройной результат пиролиза: знакомство с тремя основными продуктами — нефтью, синтез-газом и полукоксом
Пиролизное масло: первичный продукт пиролиза, зависит от типа пластика. Сложная смесь углеводородов служит сырьем для топливных и химических производств.
Сингаз: Смесь газов (CO, H2, CH4) пиролиза. Используется в качестве чистого источника энергии для электричества, отопления или сырья в химических процессах.
Уголь: Твердый остаток после пиролиза. Количество и свойства варьируются в зависимости от пластика и процесса. Используется в качестве источника углерода или подвергается дальнейшей переработке.
Деполимеризация: расщепление полимеров на мономеры
Методы и катализаторы деполимеризации: Деполимеризация — это метод химической переработки, который расщепляет полимеры на составляющие мономеры. Различные методы деполимеризации включают гидролиз, метанолиз и гликолиз. Катализаторы, такие как кислоты, основания и ферменты, ускоряют реакции деполимеризации, повышая эффективность и селективность.
Преимущества и проблемы деполимеризации: Деполимеризация дает возможность перерабатывать широкий спектр пластиков, включая смешанные и загрязненные материалы. Это позволяет производить высококачественные мономеры, которые можно использовать для создания новых пластмасс с меньшим воздействием на окружающую среду. Однако проблемы включают необходимость в подходящих катализаторах, энергоемких процессах и экономической эффективности.
Применение деполимеризованных мономеров: Деполимеризованные мономеры служат ценным сырьем для производства новых высококачественных пластмасс со свойствами, близкими к первичным материалам. Эти мономеры можно использовать в различных областях, таких как упаковка, текстиль, автомобильные компоненты и т. д., обеспечивая устойчивый и цикличный подход к производству пластмасс и снижая зависимость от ископаемых ресурсов.
Газификация: производство синтез-газа из пластиковых отходов
Процесс газификации и механизмы реакции: Газификация — это процесс термохимической конверсии, который превращает углеродсодержащие материалы, включая пластиковые отходы, в синтез-газ в присутствии контролируемого количества кислорода. Механизмы реакции включают частичное сгорание, приводящее к образованию синтез-газа, состоящего из оксида углерода (CO), водорода (H2) и других газов.
Применение синтез-газа в энергетической и химической промышленности: Сингаз – это универсальный продукт, имеющий различные применения. В энергетике его можно использовать в качестве чистого и эффективного топлива для производства электроэнергии. В химической промышленности синтез-газ служит сырьем для производства топлива, химикатов и других ценных продуктов, способствуя безотходной экономике пластмасс.
Экологические аспекты газификации: Газификация дает преимущества с точки зрения перенаправления отходов и рекуперации энергии. Однако экологические соображения включают выбросы углекислого газа (CO2) и других загрязняющих веществ во время газификации. Надлежащий контроль условий газификации и эффективные технологии очистки газа необходимы для минимизации воздействия на окружающую среду и обеспечения устойчивого использования синтез-газа.
Проблемы и ограничения химической переработки
Загрязнение и примеси в пластиковых отходах. Пластиковые отходы часто содержат примеси, такие как грязь, остатки пищи, этикетки и другие непластмассовые материалы, что затрудняет переработку. Загрязнение влияет на качество переработанных пластмасс, ограничивая их использование в различных целях и снижая их ценность в качестве сырья для новых продуктов. Для удаления примесей и обеспечения качества переработанного пластика необходимы эффективные процессы сортировки и очистки.
Высокое энергопотребление и затраты: Химические методы переработки, такие как пиролиз и деполимеризация, могут быть энергоемкими, что приводит к высоким эксплуатационным расходам. Потребность в повышенных температурах и сложном оборудовании увеличивает потребление энергии, что влияет на общую экономическую целесообразность процессов переработки. Исследования и технологические достижения необходимы для оптимизации энергоэффективности и повышения рентабельности химической переработки.
Масштабируемость и коммерческая жизнеспособность: Хотя химическая переработка показывает многообещающие возможности для обработки более широкого спектра пластмасс, ее коммерческая жизнеспособность и масштабируемость все еще развиваются. Проблемы включают в себя развитие крупномасштабных предприятий и интеграцию химической переработки в существующие системы управления отходами. Решение этих проблем имеет решающее значение для превращения химической переработки в жизнеспособное и устойчивое решение глобальной проблемы пластиковых отходов.
Преимущества и преимущества химической переработки
Сокращение пластиковых отходов на свалках и в океанах:
- Переработка: реализация эффективных программ переработки способствует правильной утилизации и переработке пластиковых отходов, отводя их со свалок и предотвращая загрязнение океана.
- Инфраструктура управления отходами. Улучшенные системы и объекты управления отходами позволяют лучше собирать, сортировать и перерабатывать отходы, сокращая количество пластиковых отходов, попадающих на свалки и в океаны.
- Образование и осведомленность: Кампании по повышению осведомленности общественности о загрязнении пластиком и его последствиях способствуют распространению ответственной практики утилизации отходов и побуждают людей сокращать потребление пластика.
Снижение выбросов парниковых газов:
- Восстановление энергии: переработка пластиковых отходов в энергию, например, посредством газификации или пиролиза, снижает потребность в ископаемом топливе, что приводит к снижению выбросов парниковых газов.
- Сокращение производства первичного пластика. Переработка пластика снижает потребность в сырье, снижая энергоемкие процессы, связанные с производством первичного пластика, и связанные с этим выбросы парниковых газов.
- Связывание углерода. Использование пластиков на биологической основе или биоразлагаемых пластиков, которые связывают углерод в течение своего жизненного цикла, может помочь компенсировать выбросы парниковых газов, связанные с обычными пластиками.
Создание циркулярной экономики для пластмасс:
- Расширенная ответственность производителя (EPR): политика EPR стимулирует производителей разрабатывать продукцию для вторичной переработки, способствуя цикличности за счет обеспечения надлежащего управления отходами и их переработки.
- Экодизайн и инновации: разработка пластиковых изделий с учетом их долговечности, возможности повторного использования и переработки способствует развитию экономики замкнутого цикла, продлевая срок их службы и сокращая образование отходов.
- Переработка по замкнутому циклу: Поощрение использования переработанного пластика в производстве создает замкнутый цикл, в котором пластиковые отходы становятся ценным ресурсом для производства новых продуктов, что снижает потребность в первичном пластике.
Тематические исследования и истории успеха
Партнерство «Нестле» и Plastic Energy
- В октябре 2020 года Nestlé, известная мировая компания по производству продуктов питания и напитков, объединила усилия с Plastic Energy, британской компанией, специализирующейся на технологиях химической переработки, для решения проблемы кризиса пластиковых отходов.
- Партнерство было направлено на изучение и создание первого коммерческого крупномасштабного предприятия по переработке химикатов в Великобритании. Химическая переработка — это передовой подход, который расщепляет пластиковые отходы на ценное сырье посредством таких процессов, как деполимеризация и пиролиз.
- Инновационный процесс Plastic Energy включает расщепление пластиковых полимеров на их исходные мономеры или масло, создавая высококачественное сырье. Это сырье можно использовать для производства новых пластмасс со свойствами, аналогичными первичным материалам.
- Включая в свою продукцию высококачественные переработанные материалы, «Нестле» способствует устойчивому развитию и снижает свою зависимость от ископаемых ресурсов. Этот шаг соответствует приверженности Nestlé экологической ответственности и безотходной экономике для пластмасс.
- Сотрудничество Nestlé и Plastic Energy демонстрирует потенциал химической переработки для более эффективного управления пластиковыми отходами. Он демонстрирует приверженность частного сектора поиску инновационных решений кризиса пластиковых отходов.
- Создание крупномасштабного предприятия по переработке химикатов в Великобритании представляет собой значительный шаг вперед в преобразовании управления пластиковыми отходами, содействии сохранению ресурсов и минимизации воздействия на окружающую среду.
- В целом, партнерство Nestlé-Plastic Energy подает другим компаниям и отраслям пример внедрения технологии химической переработки и внесения вклада в построение более устойчивого будущего с уменьшением зависимости пластиковых отходов от ископаемых ресурсов.
Стирольные циркулярные решения (SCS)
- Styrenics Circular Solutions (SCS) — это совместная инициатива по решению проблемы пластиковых отходов, ключевым участником которой является INEOS Styrolution.
- Деполимеризация — это метод химической переработки, при котором стирольные пластики расщепляются на оригинальные мономеры.
- Деполимеризация позволяет получать высококачественное сырье для новых пластмасс с минимальным ухудшением качества.
- Он нацелен на конкретные типы пластика, такие как стирольные пластики, и затрагивает значительную часть пластиковых отходов.
- Химическая переработка, такая как деполимеризация, позволяет обрабатывать сложные пластмассы, которые неэффективно перерабатываются традиционными методами.
- SCS демонстрирует потенциал химической переработки и совместные усилия в рамках экономики замкнутого цикла для пластмасс
- Деполимеризация позволяет избежать стирольных пластиков со свалок, уменьшая загрязнение и сохраняя ресурсы.
- SCS — это успешное тематическое исследование, демонстрирующее эффективность и устойчивость химической переработки при утилизации пластиковых отходов.
Перспективы на будущее и потенциальное развитие
Достижения в области технологий химической переработки:
- Улучшенный пиролиз и деполимеризация: достижения в конструкции реакторов и катализаторах повысили эффективность и селективность процессов пиролиза и деполимеризации.
- Ферментативная деполимеризация: исследуются ферменты для облегчения деполимеризации, обеспечивающие более точный контроль и снижение энергопотребления.
- Гидротермальное сжижение: новая технология, использующая горячую воду под давлением для переработки пластиковых отходов в биомасло и другие ценные продукты.
- Методы на основе растворителей: инновации в процессах на основе растворителей предлагают альтернативные способы растворения и деполимеризации пластмасс, увеличивая ассортимент пластмасс, пригодных для вторичной переработки.
Государственная политика и инициативы, способствующие вторичной переработке:
- Расширенная ответственность производителей (EPR): правительства внедряют схемы EPR, возлагая на производителей ответственность за управление пластиковыми отходами, поощряя переработку и разработку устойчивой продукции.
- Запреты и ограничения на использование пластика. Многие страны ввели запреты или ограничения на одноразовый пластик, чтобы сократить образование пластиковых отходов и стимулировать альтернативную переработку.
- Стимулы и гранты: правительства предлагают финансовые стимулы и гранты для поддержки исследований, развития инфраструктуры и инвестиций в технологии переработки.
- Цели по вторичной переработке: установление амбициозных целей по вторичной переработке побуждает игроков отрасли инвестировать в технологии и инфраструктуру переработки для достижения этих целей.
Совместные усилия по преодолению кризиса пластиковых отходов:
- Государственно-частное партнерство: сотрудничество между правительствами, бизнесом и неправительственными организациями способствует целостному подходу к управлению пластиковыми отходами.
- Коалиции по пластиковым отходам: глобальные коалиции объединяют заинтересованные стороны из разных секторов для обмена знаниями, ресурсами и передовым опытом для решения кризиса пластиковых отходов.
- Инновационные проблемы: Конкуренция и инновационные проблемы побуждают предпринимателей и стартапы разрабатывать новые технологии и решения по переработке отходов.
- Международное сотрудничество: страны сотрудничают в исследованиях, обмене данными и согласовании политики для борьбы с трансграничным пластиковым загрязнением и продвижения устойчивого управления отходами.
Заключение:
Пластиковые отходы представляют собой серьезную глобальную проблему, вызывающую широкомасштабное загрязнение окружающей среды. Переработка пластика предлагает решения по уменьшению загрязнения свалок и океана, сохранению ресурсов и минимизации вреда. Механическая переработка пластиковых отходов перерабатывается в новые продукты, но у нее есть ограничения, такие как вторичная переработка. Для борьбы с кризисом эффективные решения по переработке отходов необходимы для обеспечения устойчивости. Химическая переработка представляет собой инновационный подход, разбивающий пластмассы на мономеры или синтез-газ посредством таких процессов, как пиролиз, деполимеризация и газификация. Он перерабатывает смешанные пластмассы и производит высококачественное сырье и экологически чистую энергию. Экономика замкнутого цикла с EPR и экодизайном имеет решающее значение. Роль правительства жизненно важна в реализации политики, запретов и стимулов. Такие достижения, как ферментативная деполимеризация, обещают. Совместные усилия и международное сотрудничество способствуют комплексному управлению отходами. Эффективная переработка, образование и осведомленность являются ключом к устойчивому будущему, смягчая воздействие пластика на окружающую среду.
