随着全球向低碳资源转型，在未来的相当长一段时间里，人们对油气、煤炭等作为燃料来源的依赖将大大减少，而对化石资源的需求不会完全消失，因为几乎所有的塑料都来自化石燃料。虽然石化产品的生产可能不会在短期内被当做碳排放的持续来源，但是这些高度稳定的塑料产品，一旦失去用途，就可能导致严重的塑料废弃物危机。

多年来，回收塑料的主要方法是机械回收，这一方法通常将塑料碎片加热熔化，制作成新产品的颗粒，虽然这些材料仍然是相同的塑料聚合物，但它们的回收次数是有限的，而且这个方法对化石燃料的依赖性很高。

如今，化学回收越来越得到重视。化学回收可以将塑料转变为燃料、石化产品原料甚至单体，不仅可以回收更多的废旧塑料，而且还可以减少对化石燃料的依赖，在保护环境、解决塑料污染危机的同时，还可以减少碳排放。

热解油设施如雨后春笋

在诸多塑料化学回收技术中，热解工艺始终占据主导地位。近几个月，欧美热解油生产设施在大西洋两岸如雨后春笋般发展。

今年5月，道达尔能源宣布与美国得克萨斯州的新希望能源公司签署了一份合同，将每年接收10万吨的热解油，用于其位于得克萨斯州的泰勒工厂生产循环塑料。自2018年以来，新希望能源公司一直在泰勒市运营其三一橡树热解厂，并已于2022年1月与陶氏公司签署了一份多年供应合同。为了支持新增合同，新希望能源正计划将三一橡树热解厂扩能至2022年底的1.6万吨/年和2025年的15.6万吨/年。

目前，新希望已与鲁姆斯技术公司合作开展技术许可。鲁姆斯的全新子公司Green Circle已将新希望的热解技术与雪佛龙鲁姆斯的等转化率技术和鲁姆斯的蒸汽裂解技术进行结合，实现由混合废塑料生产聚合物级乙烯、聚合物级丙烯和丁二烯的一体化技术包。

此外，英国石油公司(BP)与清洁星球能源公司签订了为期10年的石脑油承购协议。根据协议，BP将获得清洁星球能源在英国蒂赛德建设的2万吨/年热解厂生产的第一批循环石化原料及超低硫柴油。未来BP也可通过清洁星球能源在蒂赛德以外的工厂获得这些产品。清洁星球能源公司表示，该公司计划在全球建造多达12座工厂。

随着对热解油需求的增加，其他公司也在建设此类工业规模项目。5月，荷兰皇家孚宝、NoWIT和Patpert Teknow Systems的合资企业Xycle宣布，计划于2022年底前在荷兰鹿特丹开始建设一座2万吨/年的热解工厂，预计2023年第四季度投入运营。Xycle表示，其最终目标是建成运营热解产能8万~10万吨/年。

4月，位于休斯敦的Freepoint Eco Systems公司宣布，将在俄亥俄州希布伦市继续建设一座塑料废物处理能力约9万吨/年的热解工厂，该设施预计2023年完工。2021年10月，Freepoint宣布将与道达尔能源和Plastic Energy合作，在美国得克萨斯州建造一座3.3万吨/年的热解厂，该设施计划于2024年年中投产。此外，道达尔能源与Plastic Energy合作，在法国格朗皮石化综合体建造的1.5万吨/年的转化厂计划明年投产。双方还在西班牙塞维利亚在建一座3.3万吨/年的热解设施，将于2025年初投用。

位于美国得克萨斯州伍德兰的Encina开发集团于4月宣布计划投资11亿美元，将采用该公司专有的塑料流化催化裂化工艺，设计芳烃产能45万吨/年。Encina预计该设施将于2024年秋季全面投入运营。

合成树脂回收项目涌向法国

近期，合成树脂回收技术相关的新项目也在发展，其中4个是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)项目，全部位于法国。

伊士曼1月宣布在法国塞纳河畔杰罗姆港建设耗资10亿美元的设施，将采用该公司的醇解聚酯再生技术，计划2025年投产。届时，该厂能够不利用机械回收方法，实现利用废PET生产16万吨/年的新鲜PET树脂。另外，加拿大Loop Industries公司也宣布，计划与苏伊士公司在法国成立一家价值2.85亿美元的合资企业，计划于2024~2025年投入运行。

法国Carbios公司和泰国因多拉马公司2月宣布，计划在法国朗拉维尔的因多拉马工厂建设一个基于Carbios生物回收技术的回收设施。2025年投产后，该项目将可以回收5万吨/年的PET树脂。今年5月，Axens宣布与东丽工业合作，将采用Axens糖酵解的PET解聚技术与东丽的聚合技术相结合，在法国圣莫里斯·德贝诺斯特建设一座8万吨/年的回收工厂。该项目目前处于工程设计阶段，合作伙伴的目标是在2025年底投用其第一个3万吨/年装置。

产业化仍存阻碍

相比机械回收，化学回收重要的优势之一是可以获得原始聚合物的质量、更高的塑料回收率。不过，化学回收虽然能为循环塑料经济助一臂之力，但要想展开大规模应用，每种方法都存在各自的缺陷。

将聚缩醛直接化学转化回单体，单体来源不确定就是一大问题。在王献红看来，“1,3—二氧环戊烷是个特殊单体，如何实现百万吨甚至千万吨的制备依然有很大的不确定性。仍然需要研究新单体的设计，尤其是便于大规模制备的单体”。

不仅如此，王献红对记者表示，从材料性能角度而言，尽管聚缩醛在力学性能上媲美聚烯烃，但其主链存在醚键（-OCH2CH2-，-OCH2-），因此抗氧化性、耐老化性都不如聚烯烃，同时耐温性和抗蠕变性也远低于聚烯烃，大大限制了应用范围。

此外，这种单体的回收工艺也十分复杂。王献红指出，Coates课题组的研究只是展示了聚缩醛可以直接转为单体这一特征，但其回收过程需要在较高温度（150℃）和有机强酸下进行，这会增加对设备的腐蚀度，提高回收成本。因此，未来仍需要研究单体回收的环保方案，如尝试在弱酸或不加酸的条件下回收。

中国塑料加工工业协会降解塑料专业委员会秘书长翁云宣向《中国科学报》分析指出，在单体回收过程中，多种聚合物甚至各种材料混合在一起，造成回收效率低的问题，这也会影响该技术的规模化应用。此外，回收再利用后如何降低成本，也需要进一步探索。

“任何一项技术从诞生到实现工业化都有一条漫长的路径。”周华告诉记者，通过电催化将废弃PET塑料升级再造，从实验室规模迈向工业规模的一个关键在于流动反应器的设计和优化。他们实验过程中使用的反应器优点是组装方便，且易于做催化剂活性评价，但缺点是无法用于大规模生产、造价高。

当前，段昊泓课题组正在开发的新型无膜电堆具有成本低、可规模化等优点，已经取得一些重要进展，且研究成果待发表。他们希望通过不断优化催化剂、反应器、操作条件等，最终实现废弃资源转化的工业应用。

化学回收未来可期

塑料垃圾不仅是一个全球性的污染问题，还是一种碳含量高、成本低、可在全球范围内获得的原料，循环经济也成为塑料行业未来的发展方向。在催化技术的推动下，化学回收展现出很好的经济前景。

周华表示，通过工艺整合，提高产物价值，使得塑料回收在经济上具有潜在可行性。初步估计，在商业相关电流密度下，每吨废PET向上循环的净收入约为350美元，展现了废弃PET电催化向上循环转化为二甲酸钾、精对苯二甲酸和氢气的经济潜力。

“二甲酸钾具有生物活性，能抑制大肠杆菌、沙门氏菌等有害微生物的繁殖，可以促进动物生长，是一种理想的非抗生素类饲料添加剂，可替代抗生素促生长剂。”周华说，“随着我国采取立法手段禁止饲料添加抗生素，二甲酸钾在国内具有广阔的应用场景。”

麦肯锡咨询公司在一项研究中提出，到2030年，全球塑料的回收利用率有望提高到50%。化学回收的比例可能上升到17%左右，相当于回收大约7400万吨废弃塑料。

目前，我国还有很多团队致力于研究塑料的化学回收技术，例如，中国科学院上海有机化学研究所研究员黄正团队采用铱配合物和氧化铁复合催化剂，将聚乙烯高选择性转化为液态烷烃；北京大学教授李子臣团队设计出系列苯并硫代己内酯单体，在有机碱催化下可得到力学性能优异的半结晶聚酯，该材料可直接进行本体加热（200℃）回收，单体回收率接近定量（>98%）。

王献红表示，对现有废弃塑料的化学回收是目前很受关注的研究方向，其最大的难点在于塑料制品通常是混合物，同时还有种类繁多、结构复杂的加工和改性助剂，会影响催化剂的活性和选择性。

为此，他建议首先要设计新型单体，发展新型聚合方法，综合改善聚合物的热力学性能，实现规模应用。其次要设计“目标需求型可降解高分子”，根据使用条件、环境的不同，设计合成相应“寿命”的材料。此外还要研究“高度耐受性、特异选择性塑料降解”催化剂，简化塑料回收过程中的分拣、洗涤等后处理工作。

王献红补充道，目前塑料回收再利用体系尚不完善，回收利用成本高昂且附加值较低，为此发展生物降解高分子材料，有助于缓解塑料回收难题。

翁云宣建议，塑料要想实现可持续发展，在源头上就要尽量使用可再生资源制造材料。周华也表示，要以代替化石资源的生物质、二氧化碳及其衍生物为原料制备塑料，新型可降解塑料是未来值得关注的研究方向。

文章来源： 中国化工报，光明网