废弃塑料变燃料，可行性有多高？

今年八月，韩国最大、污染最严重的企业之一，水泥制造商双龙C&E公司（Ssangyong C&E，以下简称双龙公司），已经开始用塑料垃圾当燃料了。根据Bloomberg的报道，双龙公司每天用3000吨的合成树脂废料代替煤炭，为其位于东海市的工厂供能。这些合成树脂废料来自废弃塑料、纺织品和轮胎。

双龙公司表示，此举已经让公司的煤炭使用量减少了约30%。该公司计划到2030年实现“无煤化”，用废弃物完全代替煤炭——他们称废弃物为“循环资源（circular resource）”。

塑料作为全球公认“最糟糕的发明”，给人、环境和其他生物带来了许多问题。根据国家地理，每年有800吨塑料进入海洋，除了会产生海洋生物误食、被渔网缠住等问题，塑料长期浸泡后释放出的有毒物质还会影响海洋动物的繁殖，或增加其患病几率。

今年三月，荷兰科学家首次在人体血液中检测出了塑料微粒。在实验条件下，这些塑料微粒会引发炎症，并有可能附着在红细胞的外膜上，限制氧气输送。

虽然许多国家都在通过垃圾分类、回收，减少废弃塑料的数量，但有效回收的塑料垃圾只占一小部分。在德国，只有约16%的家用塑料会被制成新产品（2019年数据），其余会被出口到国外或在德国焚烧。而垃圾焚烧产生的物质，早就被认为与癌症、呼吸道疾病、神经疾病和先天缺陷有关。

用废弃塑料代替煤炭，看似一边解决了白色污染问题，一边减少了煤炭等化石燃料的使用，进而节能减排。但这套解决方案，真有这么一箭双雕吗？

国外开始探索垃圾变燃料之法

作为一种处理垃圾的方式，德国部分化学家认为，垃圾焚烧带来的健康问题已经通过现代技术解决了。目前德国环境部规定所有垃圾焚化炉每立方米废气值都要低于0.1ng，属于“世界公认高标准”。德国垃圾焚化协会（ITAD）也在其年度报告中表示，垃圾焚烧是“安全、清洁和可持续的”，并将之视为循环经济的一环。

ITAD早就把塑料垃圾看作替代能源的“潜力股”了。塑料从石油和天然气中提炼产生，焚烧时候会产生大量热能。ITAD曾指出，德国在2018年通过焚烧垃圾发电的电量，相当于一个中型燃煤发电厂的产能。自从中国在2017年禁止“洋垃圾”入境后，英国积极讨论处理塑料垃圾的方式，支持塑料焚烧的一派也认为，这些热能可以用来发电，以代替煤炭、石油等产生污染的燃料。

除了释放二氧化碳，加剧温室效应，化石燃料燃烧还会释放汞、砷和其他重金属。其释放出的气体可能引发人类呼吸系统疾病或导致酸雨。

为了变废为宝，全球的科研人员都在探索新技术。2018年，美国普渡大学Davidson化学工程学院的研究团队研发出了一种技术，能将聚丙烯（塑料的一种，常用于玩具、医疗器械、食品包装等）转化为高分子聚合物、石脑油等，再进一步转化为类似于汽油或柴油的燃料。

美国东北大学的化学与工业教授Yiannis Levendis致力于研究化石燃料的替代方案。他和同事研发出一种技术，在隔绝氧气的情况下高温加热塑料，将其转变成一种清洁的可燃气体。Levendis说，大部分塑料都能通过这种方式变成气体，这种气体可以用来制作碳纳米管，进而制作电子器件或设计新材料。剩余的气体可以用来燃烧供能，和天然气一样。

美国华盛顿州立大学也开发了一种新工艺，能在220摄氏度下，一小时内将90%的塑料转化为喷气燃料和其他“有价值的碳氢化合物产品”，其中聚乙烯（常用于塑料袋、洗发水瓶、水管道等）可以转化为燃料和高价值润滑油，从而推向商业化。

围绕废弃塑料的生意也有不少。美国化学委员会估计，仅在美国的塑料燃料设施就将创造近 39,000个工作岗位和近90亿美元的经济产出。

美国公司Plastic2Oil公司能使用未分类、未洗涤的废弃塑料制造超低硫柴油。该公司称其仅在加热反应堆时使用天然气。运行开始后，反应堆就会利用自己的废气加热，所需的额外能量极少。

SGH2 Energy Global、GS E&C和KOSPO/Southern Power等公司也将在韩国蔚山共同规划、运营世界上第一座用废弃塑料制氢气燃料电池的发电厂。据报道，这个项目将整合SGH2专有的等离子体增强气化技术（SPEG），能够用塑料生产出比电解便宜三倍的氢气。

塑料当燃料是伪环保？

围绕塑料变燃料的质疑和反对主要有两点。

第一，这种操作足够安全吗？根据联合国环境规划署，露天焚烧塑料垃圾是空气污染的一大主要来源。塑料在燃烧过程中会释放二恶英、呋喃、汞、多氯联苯（BCPs）等有毒气体。其中二恶英会附着在农作物表面或渗入河道，最终通过食物链进入人类身体。

这种危害可以人为控制，比如设置烟气净化系统。有些新技术不通过传统方式燃烧塑料，不同的方法也会有不一样的结果。双龙公司表示，他们的窑炉能达到2,000摄氏度，不会影响人类健康和环境。

第二，塑料变燃料，真的更环保吗？虽然双龙公司的煤炭用量显著降低，但总碳排量和2018年相比只下降了3.3%，减排效率并不高。不过双龙公司表示，他们的做法已经“显著降低”了排放量。

“就算是水泥商用废弃物代替煤炭，也不能说他们越来越环保（going green）了，否则容易误导消费者。”韩国一位立法者Noh Woong-rae说道。该立法者正在推动韩国对水泥制造行业的燃料问题进行监管，要求公司披露更多相关信息，比如他们用来燃烧的原材料具体都有哪些。

这也是韩国塑料燃烧领域和其他国家不同的地方。在韩国，水泥制造商能用来做燃料的废弃物多达88种。相比之下，美国有34种、德国有25种、日本有20种。除此之外，Noh认为韩国对该过程排放的重金属的监测也不够完善。

对于水泥厂用废弃塑料代替煤炭这件事，为什么韩国的政策显得格外宽松？可能和其许下的气候承诺有关——2018年，韩国宣布，要到2030年减少40%的排放量。而水泥行业作为韩国三大污染工业之一，减排的担子格外重。

根据韩国贸易部，韩国污染最严重的三大工业为水泥制造业、钢铁行业和石油化工行业。

BloombergNEF分析师David Kang表示，水泥制造行业排放了韩国工业10%的碳。而双龙公司在2020年排放了990万吨二氧化碳当量，在韩国工业排放企业中排名第四。

为了实现韩国的2030减排目标，水泥行业必须在2030年前减少12%的碳排放量。这意味着公司们需要砍掉36%的煤炭使用量，换成废弃物进行燃烧。

身负重担的水泥行业在废物利用上如此“大胆”，或许有自己的苦衷。但Noh最担心的，是“水泥制造商用废这个塑料变燃料作为噱头，表面上是在追求环保，实际上可能掩盖了真相”——哪个公司都不会因为一个单独的行为而变得100%环境友好。

回收困难，规模经济难以实现

尽管有道恩、金发等大型企业入场，但再生塑料行业并没有出现质的飞跃。行业整体发展水平仍然较低—尽管市场规模一直在扩大，但产能核心仍然是小体量、不规范的企业。据王旺介绍，目前我国再生塑料的整体规模较大，每年产量在3000万吨以上。但是其中规范的生产企业仅有五六百家，这些规范企业的产量占比不足一半，其余则均是由不规范的小企业在生产。

“再生塑料面临的最大挑战是市场小、乱、杂，存在低质竞争，道恩进入再生市场也是希望通过自己的努力将再生塑料做成高质化应用，为行业的进步作一些贡献。”许刚表示，再生塑料行业需要得到公众更为广泛的认知，随着民众环保意识不断提高，再生塑料的地位也会不断提高。许刚同时指出，再生塑料行业还亟须开发更为完整的产业链，从毛料的废旧回收到清洗加工再到下游的再利用，一定要规模化运营，杜绝“散乱差”、无质量保证的、规模太小以及产品不稳定的企业情况出现。

“没有人会看上这么复杂、这么不规范，要付出这么高的投资成本和运营成本的工厂。大家会觉得盈利能力太差，投资的可能性非常低。”王旺坦言，目前的再生塑料行业就是一个前端处理复杂、再生过程成本很高、而成品利润又很低的行业。

在前端处理方面，再生塑料以废旧塑料为原料，然而，由于欠缺一套行之有效的废旧塑料回收体系，我国的废旧塑料回收只能依靠人力。“拾荒者从各个地方一点一点拣拾”，就是回收废旧塑料最主流的渠道。而这在工业4.0背景下，着实令人难以想象。

关于废旧塑料回收难题，已有多位业内专家呼吁关注。比如，在今年两会期间，全国政协委员、中科院院士冯守华就提出，回收再利用是解决塑料污染问题的重要手段之一，目前最大的问题在于塑料回收体系仍不健全，城市回收基础设施普遍不完善，特别缺少专门服务于可回收物的分拣中心。”

中国物资再生协会再生塑料分会秘书长王永刚也表示，分拣中心的建设是前端收集的关键一环。我国虽然有环卫系统的垃圾清运设施，但是比较缺少针对可回收物的专用收集设施和网络，这包括诸如可回收物的中转站、打包站、分拣中心等。

废旧塑料可以被回收的量也非常有限。王旺告诉记者，大部分废旧塑料的回收量都很小，无法形成流程化的工艺，很难实现工业化的规模生产。废旧塑料当中，只有PET、HDPE等几种特定品种有望实现产业化发展，是因为这些产品质地较硬、用量较大、方便回收，同时下游应用也很广泛。在这种现实下，高品质的再生塑料成本会高过新料的价格，因为可供生产高品质再生塑料的废料本就稀缺，从而会导致高品质再生塑料的价格高昂。

“废旧塑料不是生产出来的，而是被‘弃’出来的。每个城市废旧塑料的量大体上是固定的。”王旺以汽车的保险杠为例向记者说明，“假如某个省会城市每天拆解后的保险杠量为50吨，那么该城市最大的工厂只需要有每天50吨的生产能力即可。换算成一年，产能只有1万吨多一点，还要分散到很多大大小小的处理工厂里面去，非常难以规模化。”

拣拾回来的废旧塑料会被送入处理工厂，在这里，废旧塑料被分类处理。这需要前端处理工厂有非常强的分选能力，拥有诸如静电机、色选机等一系列分选装备，才有可能形成规模化处理。

“制约再生塑料行业发展最大的一个因素就是盈利能力问题。”王旺指出，再生塑料行业的回收成本、逆向物流成本、人工拣拾成本等相互叠加，远远大于废弃材料本身的价值。企业的行为是受市场经济驱动的，失去了经济性，再生塑料行业步履维艰。

重复再生，让废弃物循环利用

2021年9月，国家发改委、生态环境部印发了《“十四五”塑料污染治理行动方案》，主要任务之一就是加快推进塑料废弃物规范回收利用和处置，包括加强塑料废弃物规范回收和清运、建立完善农村塑料废弃物收运处置体系、加大塑料废弃物再生利用、提升塑料垃圾无害化处置水平等。之后2021年11月，工业和信息化部印发《“十四五”工业绿色发展规划》，其中提到落实塑料污染治理要求，实施废塑料综合利用行业规范条件，鼓励开展废塑料化学循环利用，推进低值废塑料热裂解。

目前，我国已形成一定规模的再生塑料产业集群区，从企业分布来看，再生塑料企业主要分布在东南沿海地区、华中地区等。具体从分布省市来看，江苏、山东、广东、安徽、浙江再生塑料企业数量位居前五。

中国物资再生协会再生塑料分会发布的《中国再生塑料行业发展报告2020～2021》指出，随着中国经济发展和生活消费水平的提高，塑料的消费量持续增长。另外，随着近年来人们消费方式的变化和新兴领域的快速发展，以及新冠肺炎疫情导致对一次性医疗及防护用品需求的大量增加，一次性塑料制品使用量也快速增长。2020年，中国塑料用量为9087.7万吨，比上年增长12.2%。2021年中国产生废塑料约

6200万吨，其中填埋量约为1540万吨，占比约25%；焚烧量约2760万吨，占比约44%，回收量约为1900万吨，占比约31%。

得益于价格上涨及回收量增加，2021年我国废塑料回收利用产值约为1050亿元，较2020年(790亿元)增长33%。同时，国内再生塑料产量约为1650万吨，较2020年(1377万吨)增加约273万吨，增幅19.8%。目前再生塑料在纺织、汽车、包装、消费类电子、农业、建筑建材等方面得到了广泛应用，再生通用塑料在薄膜、注塑领域应用最广，占比分别达到36%和28%。中空、管材领域的应用占比达到12%，而再生工程塑料在纺织、汽车、包装、消费类电子等方面应用不断提高。

对于再生塑料的前景，中国科学院理化技术研究所研究员，工程和生态塑料国家工程研究中心主任季君晖表示，塑料废弃物能够回收的都应该进行回收再生，包括物理再生和化学再生，这既是对资源的充分利用，也是塑料产业低碳化的重要途径。“再生塑料在学术界、政策上得到了高度的重视，国家也布局了研究项目推动，但是实际产业的发展并不是非常迅速。”季君晖谈到，随着回收和资源化研究的深入，新的具有良好效益的回收技术会出现，再生塑料产业也许会得到快速发展。

再生塑料行业近年来正悄然生变。以前，企业进入再生塑料领域都是出于降低生产成本的目的。而随着我国环保要求日趋严格，开始有一些企业为了环保要求，或出于自身对环境的责任和承诺，而切入这一赛道。“企业从单纯地使用再生塑料这种材料，转变成投资再生塑料企业，是2020年以后才出现的转变。”中国合成树脂协会塑料循环利用分会常务副会长王旺表示。

国内塑料原料龙头企业—道恩集团近来在可降解塑料和再生塑料两个方向都进行了布局。道恩集团市场部部长许刚告诉记者，再生塑料最大的优点就是价格相对便宜，可根据不同的需要能够制造出对应的产品，这样不会让资源流失。“塑料是由石油炼制的产品制成的，道恩集团规划再生塑料项目是出于‘可重复利用’方面的考虑，回收利用再生塑料可以有效节约石油资源。”许刚表示。

最近10多年来，以欧盟为代表的各个国家和地区进一步出台了更多的政策与法规，通过局部禁用、限用等措施限制不可降解塑料的使用，引导公众减少对塑料制品的依赖。这些法规大多为在消费端禁止一次性塑料制品使用的法规，而其中影响较为深远的是欧盟于2020年出台的将于2021年对一次性塑料包装征税每吨800欧元的法规以及2021年直接禁用/限用数十种一次性塑料制品的法规。两法规分别针对中上游和下游，足以撼动行业供需两端的格局。

塑料垃圾“再生术”

1、物理处理：

简单再生技术

简单再生技术是将回收的废旧塑料经过分选、清洗、破碎、熔融、造粒后直接成型加工生产再生制品，主要用于回收塑料生产及加工过程中产生的边角料、下脚料等，也用于回收那些易清洗和挑选的一次性废弃品。由于工艺简单、成本低、投资少，因此简单再生技术得到了广泛应用。

然而，由于各种塑料混入的比例不同及相容性各异，采用简单再生法生产的再生制品的质量不稳定、性能较差、易变脆，不适合制作高档次的塑料制品，其应用受到一定的限制。

物理改性再生技术

物理改性是根据不同废旧塑料的特性加人不同的改性剂，使其转化为高附加值的有用材料。

(1)填充改性 通过添加填充剂改善废旧塑料的性能，增加制品的收缩性，提高耐热性等，

(2)增强改性 加入玻璃纤维、 合成纤维、天然纤维等，提高热塑性废旧塑料的强度和模量，从而扩大应用范围。

(3)增韧改性 使用弹性体或共混热塑性弹性体与回收的废旧塑料共混进行增韧改性。

(4)共混改性将废旧塑料与其他物质通过特定的加工手段和方法混合在一起，使改性后的共混材料兼具两者的性能。体现出彼此性能互补，也被称为“高分子合金”。

化学改性

化学改性是指通过接枝、共聚等方法在分子链中引入其他链节和功能基团，或通过交联剂等进行交联，或通过成核剂、发泡剂对废旧塑料进行改性处理。

(1)氯化改性 通过氯化改性可取得良好的阻燃、耐油性能，使产品具有广泛的应用价值。

(2)交联改性 通过交联可大大提高其拉伸性能、耐热性能、耐环境性能、尺寸稳定性能、耐磨性能、耐化学性能等。交联有三种类型: 辐射交联、化学交联、有机硅交联。

(3)接枝共聚 接枝改性的目的是为了提高塑料与金属、极性塑料、无机填料的黏结性或增容性，改性后塑料的性能取决于接枝物的含量、接枝链的长度等。

2、化学处理

热分解油化技术

是通过加热或加热的同时加人一定量的催化利，使塑料分解为初始单体或还原为类似石油的物质，进而制取化工原料(如乙烯、苯乙烯、焦油等)和液体燃料(如光油、柴油、液化气)。主要包括热裂解、热解催化裂解法和催化裂解法。

热裂解，一般是在反应器中将那些无法分选和污染的废旧塑料加热到其分解温度(600~900°C) 使其分解，再经吸收、净化处理而得到可利用的分解物。

各种废旧塑料都有自己的热裂解温度特性。对常见的废旧塑料如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯，通常进行分段热裂解，如在低温阶段对聚苯乙烯进行热裂解，可回收具有较高价值的苯乙烯单体和轻质燃料油，高温阶段回收重质燃料油。

由于热裂解反应温度较高，难以控制，而且对设备材质的要求也较高。为降低反应温度和运行成本、提高产率，常使用催化裂解。

热分解油化技术具有很多优点:产生的氮氧化物、硫氧化物较少，热裂解残渣中腐败性有机物量较少。然而，该法也存在一.些问题，催化剂价格高、寿命短、设备投资大，工艺流程复杂，操作困难，不能规模化生产，必须结合废旧塑料的收集、分选、预处理等和后处理中的烃类精馏、纯化等技术，才能实现工业化应用。

超临界水油化技术

超临界水油化技术是以超临界水为介质，对废旧塑料实现快速、高效分解的方法。由于该方法具有分解速率快、二次污染少，而且比较经济等优点，现已成为国内外的研究热点。

对PS以及PS/PP混合塑料进行了超临界水降解的研究表明，PS可在温度380C的条件下、1h内完全降解；质量比为7/3的PS/PP可在温度390C的条件下、1h内完全降解。

超临界水油化技术的优势是:分解反应速率高，可以避免热分解时发生的炭化现象，反应不污染环境。但同时也存在如下问题：需在高温高压条件下进行，设备投资大，操作成本难以降低。

热能利用技术

废旧塑料主要由碳、氢两种元素组成，化学成分和重油接近，燃烧热达33. 6~ 42MJ/kg.热能利用技术就是将难以再生利用的废旧塑料通过焚烧而回收利用其热能。

共焦化技术

废旧塑料与煤共焦化技术是新近发展起来的可以大规模处理混合废旧塑料的工业化实用型技术。它是基于现有炼焦炉的高温干馏技术，将废旧塑料按一定比例配人炼焦煤中，经1200℃高温干馏，可分别得到20%的焦炭(用作高炉还原剂)、40%的油化产品(包括焦油和柴油，用作化工原料)和40%的焦炉煤气(用作发电等)。产物按炼焦工艺焦炉产物的常规处理方式进行，实现废旧塑料的资源化利用和无害化处理。此项工艺依托现有钢铁企业的炼焦炉、焦油回收系统、煤气净化与回收利用系统，不需对传统的炼焦工艺进行改造，只需增加破碎、混合、成型设备即可投入生产应用，大大降低了传统塑料热解工艺的初期投资与运行费用。

废旧塑料与煤共焦化技术的优势是：对废旧塑料的原料要求相对较低，工艺流程简单，设备投资较小。废旧塑料处理过程实现全密闭操作，而且废旧塑料不直接焚烧，防止了二恶英类剧毒物质的产生。

然而，催化剂对共液化反应效果有很大的影响，所以对共液化体系来讲，选择适当的催化剂是非常重要的，而且也是十分困难的。

文章来源：中国石油和化工，韧性哥，着陆TouchBase