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将塑料废弃物转化为绿色能源是对环境最友好的处理方式吗?

2019.09.24

在经典科幻冒险电影《回到未来》中,爱默·布朗博士利用垃圾产生的能量为他的迪罗伦时光机提供动力。时光机这种东西目前离我们还比较遥远,不过,实现用垃圾作为燃料却是指日可待。

back to future

尤其是塑料制品,其主要成分为碳和氢,这和柴油等传统燃料所含的能量非常相似。

尽管人们经常丢弃塑料制品,你可能并不知道塑料制品是一种最有价值的废料之一。通过一种名为“低温等离子体热解”的处理方式,所有的塑料制品都可直接转化为有用的能源和化学物质形式,并用于工业生产。

cold plasma pyrolysis

“热解”是指一种在有限氧气的环境中,在400℃至650℃的温度下分解有机材料的加热方法。 

热解通常用于生产热、电或燃料这些形式的能量,但如果在该工艺过程中加入低温等离子体来帮助回收其他化学品和材料,则可获得更佳效益。

低温等离子体热解

通过进行低温等离子体热解,塑料废品有望成功转化为氢气、甲烷和乙烯。氢气和甲烷均可用作清洁燃料,因为它们只产生少量有害化合物,如烟尘、未燃碳氢化合物以及二氧化碳等;而乙烯则是当今世界上大多数塑料制品的基本组成成分。

目前,美国40%的塑料废品和欧盟31%的塑料废品都会被送往垃圾填埋场。塑料垃圾在城市固体垃圾中所占比例达10%到13%。这种废品可对海洋和其他生态系统造成严重危害。

plastic

当然,通过燃烧塑料废品来产生能量远比浪费塑料废品要好得多。但是燃烧并不能使材料回收再利用,而且,如果燃烧条件未严格把控,那么这种处理方式将会对环境造成空气污染等严重影响。

循环经济提倡对废弃物进行回收利用,将其加工制成新产品,而不是将它们直接丢弃。采用相关技术手段赋予塑料废品新生命,可以有效解决塑料废品与日俱增的问题。低温等离子体热解技术将有效利用塑料废品,回收有价值的材料,并让它们直接重新回到工业生产中。

如何回收塑料废品?

在最近的研究中,我们利用从纽卡斯尔当地一个废品回收站收集来的塑料袋、牛奶瓶和漂白剂瓶,测试了低温等离子体热解的有效性 。

我们发现,与传统热解技术相比,利用低温等离子体热解技术从高密度聚乙烯(HDPE)中提炼出的乙烯高达55倍之多。高密度聚乙烯通常被用于生产日常生活中的常见用品,如塑料瓶、管道等。约24%的塑料制品重量可由高密度聚乙烯提炼直接转化为有价值的产品。

plasma

等离子技术在过去常被用于处理危险废弃物,但这一过程需要在3000℃以上的极高温度下才能进行,因此需要配备复杂的高能耗冷却系统。而我们所研究的低温等离子体热解工艺,通过将常规加热和低温等离子体相结合,在500℃至600℃的温度下就能进行,这意味着该过程消耗的能量相对而言要少得多。

低温等离子体可用来打破化学键、引起并激发反应,其产生于由一个或两个绝缘层隔开的两个电极。

低温等离子体非常特别,因为它主要产生热(高能)电子,而这些粒子能够有效打破塑料制品的化学键。可再生能源能够为低温等离子体的产生提供电能,而这一过程中产生的化学产品则可用作一种能量存储形式:能量以不同形式存储起来,以供日后使用。

与传统热解技术相比,低温等离子体的优势在于其工艺过程可进行严格把控,使高密度聚乙烯中的化学键更容易断裂,从而将塑料制品中的重质烃有效转化为轻质烃。你可以利用等离子体将塑料制品转化为其他材料,如能量中的氢和甲烷,或聚合物中的乙烯和烃类,或是用于其他化学过程。

最重要的是,低温等离子体的反应时间只需几秒钟,这使得该工艺过程非常迅速,且具有成本低廉的潜在可能性。因此,低温等离子体热解技术可提供一系列商机,将我们目前废弃的一些东西变为有价值的产品。

目前,英国正努力实现到2020年家庭废物回收率达到50%的目标,而我们的研究表明,塑料废品在循环经济中可以占据一定位置。通过采用低温等离子体热解技术,我们将有可能实现塑料废品的真正价值——将其转变为清洁、有用的东西。

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