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塑料再生问题 “热解技术”究竟是不是答案?

发布来源:东莞市爱迈立塑胶制品有限公司  发布日期: 2019-09-02  访问量:

目前,全球并没有成熟的方案处理所有类型的塑料垃圾(尤其是与粘合剂等其他材料混合的塑料制品)。此外,在许多市场,使用新生塑料或一次性塑料都比塑料的回收利用更符合经济效益,另外一些市场则缺乏必要的垃圾收集和分类系统。因此,一次性软质塑料制品(比如塑料袋和塑料包装)——约占全部塑料消耗的50%,以及海洋垃圾的一半——它们多数最终被焚烧、填埋或者干脆任意丢弃。

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最近,波士顿咨询公司(BCG)对全球垃圾市场、垃圾收集系统和循环利用管理规定开展全面的分析研究,包括机械回收和转化技术的商业案例,以及PTF价值链。我们的主要结论是,虽然经济情况和商业挑战各不相同,但热解等转化技术在上述提到的所有市场类型中都是经济可行的。在一些市场,热解技术可以产生直接的显著效果——例如,它有潜力处理雅加达产生的多达三分之二的塑料垃圾。在另外一些市场,只有当政府采取行动,让对环境有害的廉价处理方式(主要是垃圾填埋)在经济上不那么有吸引力时,商业应用才是可行的。

PTF化学回收和机械回收

“塑料转燃料”(PTF)的化学回收过程,即“塑料再生”,可以填补“从处理到再利用”区间的巨大缺口。但想要彻底解决塑料废弃物问题,不但要采取明智的塑料消耗和处理方法,而且要开发具有成本竞争力和环保的替代品。

作为循环经济的支柱之一,机械回收为企业提供了可行的商业案例。但是有效的机械回收系统还需要高效的垃圾收集系统。最有效的系统可以在源头把垃圾分离,从而降低清洁需求并达到节约水和能源的目的。工业规模的分拣系统和机械回收设施的效率和分离能力正在提升。但是建立这样的系统需要时间和资金,通常还需要消费者行为发生彻底转变。

在传统的机械回收之外,提纯等较新的回收技术风头正劲。这些技术把塑料溶解在溶剂中,通过提取添加剂和染料,使混合物分离,进而对塑料进行净化。这些技术与传统的机械回收技术都用于处理相同的原料,比如PET、PS和PP,但只是刚刚兴起,还没有大规模推广。

热解技术

几种新的化学回收技术正在兴起,帮助解决原料成分的局限性并降低机械回收过程的复杂性,这些新方法被普遍称为塑料再生。在这一过程中,聚合物被转化成更小的分子,包括它们的成分单体、更小的烃类物质以及石油化工原料。成分单体回收普遍被视作一种特殊的回收方法,因为它把塑料的化学成分转化成稳定的单体分子,进而合成产生相同等级和类型的塑料,这种工艺有时亦被称作分解。一般通过多种技术可以将塑料转化成燃料或石化原料,其中最常见的是热解技术。

热解技术的优势

与其他回收再利用技术相比,热解技术有明显的优势,它能处理机械回收中心通常拒绝的塑料。虽然热解技术需要热能,但热解技术释放的二氧化碳来自产生热能的能源。因此,该技术的碳足迹远远低于垃圾焚烧。

由于输入构成不同,热解工艺的产物70%~80%是燃油,可以用于多种用途;10%~15%是天然气,通常被回收利用,提供热解工艺所需的热能;只有约10%~15%的产出物是焦炭,这是一种惰性固体,可用于铺路或被送到填埋场,但将焦炭作为燃料的情况已经出现。利用热解工艺产生的液体作为燃料,或石化厂的投入物,可以让塑料获得下一个使用周期(燃油产物),甚至可以获得更多使用周期(天然气产物),具体要取决于最终的用途和处理方法。

热解技术面临的挑战

热解技术也面临着多种挑战,最大的挑战是规模和操作的复杂性。热解反应器需要定期维护,停工的代价昂贵。工厂一般配备多个反应器,为了增加产量还会添加额外的平行单元。因此一些企业正在不断探索体积更小的连续处理反应器,以实现规模化。

热解技术还需要持续稳定的优质供料才能有效运行,目的是为了防止污染,因此塑料垃圾必须提前经过分拣和清洁(但清洁和处理标准没有机械回收那么严格)。

探究热解技术的经济效益

热解技术究竟能否成为有意义的塑料垃圾解决方案?在经济上是否可行?

四个因素直接决定了热解技术的经济效益,可处理的塑料垃圾数量,原料的获取和处理成本,产能和热解工厂的运营费用,以及热解工艺产生的气体和液体的潜在销售收入,这些因素随地域和市场的不同而存在较大差异。此外,几个结构趋势和环境趋势也塑造着这些因素产生的影响和热解技术在某个市场的可行性

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为了评估热解技术的商业可行性,尤其对能源和化工企业的可行性,BCG研究了八个具有独特性的市场,这些市场被分为有代表性的三类:成熟市场、受到适度监管的市场、新兴市场。每种市场,我们采用两个标准来确定热解技术的经济可行性:

1、利润标准:销售热解液体产物的收入减去原料成本、运营的现金成本、以及资本性支出。

2、数量标准:根据市场上可以处理的塑料垃圾数量,大约能满足多少座年产能3万吨的工厂(一般为了获得更高的产能,需要增加额外的平行单元)。

以12%的任意名义内部收益率(IRR)作为一家公司证明其投资合理性所需的最低门槛。分析显示,在八个市场中,有六个市场的内部收益率超过这个门槛,其中四个市场大幅高于该水平,包括一个新兴市场:雅加达。

新兴的市场

新兴市场的特点是塑料垃圾收集系统不够健全,回收目标不够明确,缺乏降低塑料消耗的有力管理。其中特别关注了印度尼西亚的几个地区(雅加达、安汶和巴淡岛),以及中国的广东省和浙江省。总体而言,中国涵盖了新兴市场和中等发达市场这两个类别:许多城市拥有发达的正规垃圾收集系统,焚烧垃圾发电的做法十分普遍。

广东和浙江具有一些相似特征,都是少数城市产生80%的塑料废弃物(广东的九个城市每天产生2.5万吨,浙江省六个城市每天产生将近2万吨)。私营公司管理垃圾的收集和处理,但是机械回收则依靠由垃圾捡拾者、收集者和交易者组成的一个网络。这些省份有潜力为热解厂提供足够的原料供应,但原料的成本很高:两个省份都超过了每吨200美元,导致每吨原料的运营成本超过400美元,利润率大约是每吨40美元(即8%~9%)。

中等发达的市场

中等发达市场拥有完备的垃圾收集体系,减少垃圾填埋不会因为经济效益的原因存在压力,并设置了一些长期的回收目标(包括数据收集),但是缺少与减少塑料消耗有关的严格监管。

美国墨西哥湾沿岸颇具代表性,这里塑料废弃物既充足(每天产生约2.5万吨)又便宜(每吨约125美元)。该地区的五个州(佛罗里达州、阿拉巴马州、佐治亚州、路易斯安那州和得克萨斯州),只有佛罗里达州回收了较大比例的城市固体废弃物(37%),其他州的回收率都是个位数,90%以上的城市固体废弃物进入填埋场,预估热解厂的利润率可以达到每吨约135美元(或30%)。中国限制可回收物进口的决定增加了这些地方可以处理的塑料数量,降低了潜在运营者的成本,同时分类效率的提高可能使成本进一步下降。

成熟的市场

成熟的市场拥有完备成熟的垃圾回收系统,较低的垃圾填埋率(因为监管规定或空间限制),受到严格监督的近期回收目标,以及降低一次性塑料消耗的中短期规划。研究对象包括新加坡和法国的滨海塞纳省,两个地区都拥有充满吸引力的内部收益率(分别超过20%和25%),但却基于截然不同的商业案例。

在新加坡,市场上提供了充足的混合塑料原料,但收集和清洁的高成本可能对盈利能力产生较大影响。新加坡每天约产生2,200吨塑料垃圾,50%左右来自居民。大多数塑料垃圾直接进入了垃圾焚烧厂,只有约12%~20%进入回收分拣中心,其中只有一半被真正地回收利用,剩下的废弃物由于受到污染被拒绝回收。鉴于在新加坡有可能每天获得120~300吨废弃塑料,一座年产能3万吨的热解厂可以实现必要的规模(支持热解技术的监管改革可能让更多塑料垃圾免于被焚烧,为热解工艺提供更多原料。)

在滨海塞纳省,热解原料的成本要低得多。热解工厂运营商可以期待获得每吨130美元的利润,即接近30%的利润率。但是滨海塞纳省每天只产生150~190吨的城市固体废弃物,其中多数(110~160吨)进入了焚烧厂或填埋场。为了确保一座年产能达3万吨的热解厂原料供应,运营商需要到滨海塞纳省以外的地方寻找供应,或者从填埋场提取塑料,这将需要清洁和分拣工序。

热解技术规模化的实现

在所有市场,热解技术面临的最大挑战都在于,必须实现一定规模才能为塑料废弃物问题的解决带来显著成效,并产生足够的收入和利润,证明投资的合理性。

一些主要的限制和风险必须得到解决,最直接的限制是目前的小规模(普通工厂每年处理2.5~3万吨塑料垃圾),以及具有挑战性的技术操作。潜在的意外后果也需要纳入考量,多家化工公司正在大力研发机械回收率更高的塑料产品,推广热解这一塑料再生方法,可能会消除这些研发努力的动机。

尽管如此,热解技术为能源和化工公司提供了探索有盈利能力的新业务模式机会,同时改善企业的环境、社会和治理表现。热解技术对雅加达(通过热解技术处理超过一半甚至三分之二的塑料废弃物)、广东(四分之一的塑料废弃物)、以及浙江(五分之一的塑料废弃物)等不太成熟的市场产生直接的重要影响。热解技术在许多成熟市场也是经济可行的,但在美国墨西哥湾沿岸等地区,存在充足填埋能力的地区,热解技术存在着成本竞争压力,政府必须决定是否通过司法和监管机构来减少垃圾填埋,鼓励替代性做法。

在促进塑料废弃物解决方案的开发方面,政府可以发挥重要作用,通过宣传投资新的流程和技术,对塑料使用和处置的总体监管方面,欧洲国家在该领域处于领先地位。各国政府必须调整政策,建立完善的指导框架,参与定义一个清晰的废弃物管理分级体系,鼓励回收利用所有类型的塑料。这些框架将助力开发实施那些创新的产品设计、废弃物管理基础设施、机械回收、以及塑料再生技术。

在目前的解决方案分级体系之内,塑料转化或“塑料变燃料”,在减轻塑料的中短期环境影响方面可以扮演重要角色。企业、政府和机构对塑料转化技术的投资或支持越多,它们对解决这一全球性环境问题的贡献能力就越大。

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