如何处理没用的塑料?
在现有的城市生活垃圾中,塑料所占的比例已经达到15%-20%,而且大部分是一次性塑料包装制品。塑料废弃物的处理不仅是塑料行业的问题,也已经成为国际社会普遍关注的问题。
为了满足保护地球环境的需要,世界塑料加工业开发了许多环保新技术。在节约资源方面,主要是提高产品的抗老化性,延长寿命,多功能化,产品设计得当;在资源再利用方面,主要研究塑料废弃物高效分拣分离技术、高效熔融回收技术、化学回收技术、完全生物降解材料、水溶性材料和可食性膜;减量化技术方面,主要研究废塑料的压缩减容技术和薄膜袋容器技术,在保证应用性能的前提下,尽量将产品做薄;在CFC替代品的开发中,主要研究了二氧化碳发泡技术;在替代品的研究方面,主要是开发PVC和PVDC的替代品。
目前,城市塑料固体废物的处理主要采用填埋、焚烧和资源化。由于国情不同,各国存在差异。美国以填埋为主,欧洲和日本以焚烧为主。
1.填埋处理:由于塑料系统一般重量轻,不易腐烂,填埋后会变成软基,以后很难使用。
2.焚烧处理:由于塑料热值较高,容易损坏炉膛,焚烧后产生的气体会促进全球变暖,部分塑料在焚烧过程中还会释放有害气体,污染大气。采用回收利用的方式,由于人工消耗、回收成本高、缺乏相应的回收渠道,目前回收利用仅占全球塑料消费总量的15%左右。然而,由于世界上的石油资源有限,从节约地球资源的角度来看,塑料的回收利用具有重要意义。为此,世界各国都投入了大量的人力物力,开发各种废旧塑料回收关键技术,致力于降低塑料回收成本,开发其适用的应用领域。
3.热回收法:大部分塑料是石油做的,主要成分是碳氢化合物,可以燃烧。比如聚苯乙烯燃烧的热量比染料油高。有专家认为,将塑料垃圾送到焚烧炉焚烧,可以为供暖或发电提供热量,因为86%的石油染料都是直接燃烧的,只有4%被制成塑料制品。塑料在用完之后被作为热能送去燃烧是很正常的。热能的利用是塑料回收的最后方法之一,不可小觑。然而,许多环保组织反对焚烧塑料。他们认为燃烧所有杂乱的化学物质会产生有毒气体。比如PVC的成分有一半是氯,燃烧时释放的氯气具有很强的腐蚀破坏力,是造成恶英的罪魁祸首。
目前德国每年有20万吨PVC垃圾,其中30%在焚烧炉中焚烧,让人恐慌,法律不得不拟定对策。德国联邦环境局规定,所有焚烧炉必须满足每立方米0.1纳克(纳克)以下的废气值限值。德国的焚烧炉空气污染标准虽然已经是世界公认的高标准,但还是不敢说燃烧方式不会因为机械故障而释放有害物质。因此可以预见,各国环保团体仍会大力反对焚烧回收热能。
4.分类回收法:作为塑料回收,最重要的是分类。常见的塑料有聚苯乙烯、聚丙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚氨酯等。普通人很难分辨出这些塑料的区别。目前大部分的塑料分类工作都是人工完成的。最近,机器分类有了新的研究进展。德国一家化学科技协会发明了红外线识别类别,既快速又准确,但分拣成本高。
5.化学还原法:研究人员开始尝试提取塑料中的化学成分进行再利用。采用的工艺方法是切断聚合物的长链,恢复其原有性质,裂解后的原料可用于制造新的塑料。有些方法是通过添加化学元素来促进结合碳原子的化学裂解,或者通过添加能量来促进其热裂解。
德国拜耳公司开发了一种水解化学还原法来破解PUC海绵垫。实验证明,化学还原法在技术上是可行的,但只能用于处理清洁塑料,如边角粉等制造过程中产生的塑料废弃物。然而,被家庭使用的其他污染物污染的塑料很难通过化学分解进行处理。随着这种减量化方法的应用,直到21世纪才会有大量的废弃物得到水解处理。一些新的化学分解方法还在研究过程中,美国福特汽车公司目前正在将酯分解法应用于汽车废塑料件的处理。
伦斯勒理工学院开发了一种可以分解塑料垃圾的解决方案。这种专利解决方案是将六种不同类型的塑料混合在一起加热。可以在不同的温度下提取六种聚合物。实验中,将聚苯乙烯塑料碎片和相关溶液在室温下混合成溶解状态,然后在密封容器中加热,再送入低压的“闪蒸室”,溶液迅速蒸发(可回收再利用),留下可重复利用的纯聚苯乙烯。
据说研究中使用的净化装置每小时可以净化1kg的聚合物。纽约州政府和尼亚加拉莫霍克电力公司正计划联合建立一个小规模的试验工厂。投资方声称,工厂建成后,每小时可回收4t聚合物原料。其成本仅为生产原料的30%,具有非常明显的商业价值。
6.氢化:许多专家认为氢化可用于处理混合塑料产品。将混合的塑料碎片放入氢气反应炉中,加入特定的温度和压力,可以生产合成原油和气体等原料。这种处理方法可用于处理PVC废料,其优点是不会产生有毒的二恶英和氯气。用这种方法处理混合塑料制品,根据塑料成分的不同,将60%-80%的成分炼制成合成原油。德国巴斯夫等三家化工公司在同一份研究报告中指出,加氢是最好的热裂解方式,分解得到的合成原油产品质量好,可用于炼油。
美国列克星敦肯塔基大学发明了一种将废塑料变成高质量塑料燃料油的技术方法。这种方法生产的燃料很像原油,甚至比原油还轻,更容易提炼成高辛烷值的燃料油。这种用废塑料生产的燃料油不含硫,杂质少。塑料和煤以类似的方式液化。而且可以生产高质量的燃料油。
研究人员将各种塑料与沸石催化剂和四氢化萘在一个浴槽中混合,然后放入一个名为“管道炸弹”的反应器中,用氢气加压加热,促进大分子塑料分解成分子量更小的化合物。这个过程类似于原油加工中的组合。经过这种处理后的废塑料出油率很高,聚乙烯塑料瓶出油率可达88%。当废塑料与煤以大约1: 1的比例混合液化时,可以得到较好的燃料油。对该工艺的经济效益进行评估后,预测废塑料生产燃料油将在5-10年内转化为高炉效益。目前,德国已经开始在Botup建造一座有望日产200吨塑料燃料的反应堆。
7.简化设计方法:R&D部门在设计产品时考虑到回收和拆卸的需要。考虑的重点不是哪种塑料应该最适合制作单个零件,而是可以广泛使用的材料。这是观念上的革命性变化。
为了便于回收,设计师在设计产品时开始避免使用多种塑料。美国宝马公司准备在其新车设计中减少40%的塑料种类,以利于废旧塑料的回收利用。汽车行业之所以减少使用塑料种类,在设计上考虑附加性,主要是为了赢得重视环保的良好形象,得到消费者的赞赏。目前,这种设计理念正逐渐感染整个塑料加工行业。
然而,所有的努力仍然不能让市场上的20种塑料中的任何一种消失。毕竟产品的多样性导致塑料的多样性,比如生产电子计算机用的塑料和生产汽车用的塑料就不一样。为此,专家建议制定相关回收标准,规定特殊行业只能使用指定材料,否则无法控制有效回收,电子、汽车。