三问化学循环：它会是处理废弃塑料的“灵丹妙药”吗？

中国循环经济协会会长祝兴祥曾揭露塑料回收的残酷真相：全球90亿吨的塑料制品中，只有9%被回收利用。绝大多数塑料最终都进入了垃圾填埋场或焚化炉。相比废纸和废钢铁的回收利用率，我国塑料的回收比例低得惊人。生活中的各种塑料被扔进路边的垃圾桶，与金属和废纸混合，但大多数金属和废纸有回收去处，而大多数塑料废弃物只能走向垃圾填埋场。我们急需有效的回收循环手段来处理废弃塑料。

2017-2020年度中国各种常用材料的回收比例

在各种常用塑料中，PET的回收比例相对较高。这是由于PET塑料的回收步骤相对简单，技术工艺发展较为成熟：PET塑料瓶的回收只需清洗干净、干燥、造粒三大步。更重要的是，PET塑料本身机械性能好，重量轻、经久耐用、强度大、可回收利用度高。

各种常用塑料材料的回收比例

化学循环“好”在哪里？

目前，塑料回收的主要方法有两种，机械回收和化学回收。

塑料的机械回收，是指运用物理机械方法将塑料磨碎、稍加清洗，然后制造成新的物件。

塑料的化学回收和再利用则与气化和高温分解有关。通过这些化学处理过程，塑料高分子被分解成小分子单体。这些小分子单体可以被用来生产新的同种塑料高分子材料，或者进一步生产不同种类的高分子材料。但在大多数情况下，塑料的化学回收处理只是单纯地燃烧废弃塑料，这种处理方式会释放很多碳化合物到空气中。“热解”、“溶剂分解”和“解聚”等术语也用于指代该方法的不同技术。无论该工艺过程如何称呼，如果最终产物都燃烧了，那就是塑料制燃料。

化学循环是目前大热的一门技术，且被称为塑料回收的“救星”。相对机械循环，化学循环有一定优势：

（1）机械地回收垃圾PET塑料制成新瓶子需要纯度高、透明的原塑料材料，然而化学循环可以处理纯度不高的塑料原材料，并没有这种限制。

（2）热解化学循环设备甚至比脱聚合设施有着更强的处理低纯度原材料的能力。在低氧条件和超过400℃的温度下，可以实现热解裂长聚合物链成柴油和石脑油等短链碳氢化合物。

不过，热解化学循环设备不支持处理PET聚合物，因为它含有氧气。因此，PET塑料只能通过机械回收处理。热解化学循环最适合处理聚乙烯和聚丙烯的混合物。

目前热解公司主要关注燃料生产，但更多的公司开始使用这种工艺来制造石脑油，石脑油可以输送到石化工厂，再次变成聚乙烯和聚丙烯。

化学循环会是塑料回收的完美答案吗？

很多研究表明，塑料废弃物中的高温裂解油具有很高的毒性。因此，只有非常少量的高温裂解油能够进入现有的裂解过程中。

解决这个问题有两种方法，一种是净化和提升高温裂解油的质量，直到符合裂解标准，这是一个能耗极高、碳富集以及低产能的过程。第二种解决方法是用大量的化石原油来稀释少量的高温裂解油，这种方法能有效降低毒性，然而也会导致循环塑料产量过低。此外，对于高温裂解油的排放数据、能源要求和质量要求在裂解器高比例输入的情况下是否仍然有效也尚未清楚。

热解过程中，塑料在催化剂下经高温（高于700°C）分解成小分子有机物，这种方法需要相当大的能源投入以及大型处理设备，所以通常只能在工业规模上实施。若纯单体可以通过化学循环的方式来回收，聚合物的价格将与石油价格脱钩，可能会高于石油基塑料，这将促使人们寻找将聚合物催化转化为单体或新聚合物的更为直接、反应条件要求较低的方法[1]。

事实上，化学循环技术在经济投资方面有着失败的记录。截至 2017 年，被称为热解和气化的核心技术已经在取消或失败的项目上浪费了至少 20 亿美元的投资。毕竟，即使这些项目确实设法生产了一些塑料，这些塑料也没有市场，因为原始石油基塑料的价格处于最低点，化学回收等昂贵的能源密集型技术无法与之竞争。

化学循环依然会造成环境污染问题。化学循环可分为热分解（热解）和解聚成单体两种，热解的本质是燃烧塑料，使塑料分解成小分子有机物，因此化学循环的每个步骤都会释放温室气体产生环境影响。

此外，塑料废弃物中含有大量毒素（研究表明，一次性食品包装可能含有超过 100,000 种化学物质），加热塑料会释放出有毒物质，如一氧化碳、二氧化碳和二恶英。这些有毒物质最终都会进入环境中，例如空气、水等。因此，大部分“化学回收”实际上是在制造污染物质而不是新塑料。燃烧这些燃料不仅会导致气候问题，同时也会造成健康问题。

塑料化学回收的缺点[2]

目前，化学循环缺乏客观的研究，同时并没有经济价值。对化学循环LCAs（生命周期评估）的研究结果很容易产生误导。LCAs通常是在一个狭窄的范围内进行的，该范围内的能源组合是在特定的废弃物类别上进行的，并使用假设，使用其他变量，这些假设本来会提供截然不同的结果。然而，这种结果却在没有充分披露情况下被广泛传播，给人一种认为可以从研究中得出决定性的结论的错觉。

长期以来，石化行业一直以乐观的方式描述化学品回收的可行性。然而，目前的数据表明，这种行业前景与该技术的实际能力相去甚远。目前大部分存在的关于化学回收研究都是由对技术成功具有既得利益的行业资助的，缺乏关于化学回收主题的独立报告或研究。

化学循环的问题，如何解决？

（1）降低化学循环反应能耗：在多种塑料热解的可用反应堆技术中，搅拌罐反应器、冒泡流化床反应器、循环流化床反应器和螺旋钻反应器是固体材料热解最发达的技术。搅拌罐反应器广泛用于塑料热解，但具有与二次气相反应性、混合差以及由此而来的温度梯度、经常停止工艺操作等缺点。最新的螺旋桨反应器可以防止塑料废弃物的凝聚、堵塞和磨损，并且设计相对简单，也允许与具有较高导热性的惰性材料混合，促进传热，从而减少反应中的能耗[3]。

（2）减少化学循环中有毒物质产生：在对于含氯废弃塑料的热化裂解过程中，这类塑料往往会在受过程中产生一些含氯小分子物质，这些含氯物质往往是有毒物质，有效去除该类物质可以降低化学循环中产生有毒物质的总量。科学家们也一直致力于去除回收过程产生的有毒物质，根据Bhaskar等人的研究，加入适量的碳酸钙能完全去除液体产品中的含氯物质（例如氯化氢）[4]。

不过，含氯物质仅仅是塑料化学循环所产生的有毒物质的一小部分，塑料废弃物本身含有大量毒素，而塑料热解则会释放出另一系列有毒物质。由于很难了解混合化学物质之间相互反应的机制，想要彻底清除化学回收塑料中的有毒物质是几乎不可能完成的任务。

结语

目前，人们改进化学循环的方法都非常有限，并不足以改变化学循环能耗大，设备要求高，产生大量温室气体以及有毒物质的事实。关于化学循环的研究评估都是有既得利益方资助完成，研究的结果具有偏向性。因此，在公正与全面的化学循环研究报告出来之前，我们在投资和政策引导上都应该慎重考虑将化学循环视为处理废弃塑料的合适方法。

参考文献

[1] Rahimi, A., García, J. Chemical recycling of waste plastics for new materials production.Nat Rev Chem 1,0046 (2017). https://doi.org/10.1038/s41570-017-0046

[2] Claire Arkin, GAIA Communications Coordinator，Chemical Recycling: Miracle Cure, or Snake Oil?

[3] Butler, E., Devlin, G. & McDonnell, K. Waste Polyolefins to Liquid Fuels via Pyrolysis: Review of Commercial State-of-the-Art and Recent Laboratory Research. Waste Biomass Valor 2, 227–255 (2011). https://doi.org/10.1007/s12649-011-9067-5

[4] Thallada Bhaskar, Md. Azhar Uddin, Jun Kaneko, Toshiaki Kusaba, Toshiki Matsui, Akinori Muto, Yusaku Sakata,Katsuhide Murata.Energy & Fuels 17 (1), 75-80 (2003). https://doi.org/10.1021/ef020091g

[5] Yoshida T (1999) Dechlorination recycle technology for waste vinyl chloride. NTS, Tokyo

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编辑：胡海滢、摆脱塑缚

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