氫技術(shù)開啟塑料回收新方向，PAO轉(zhuǎn)化受關(guān)注

2022年，羅伯特·肯尼迪 （Robert Kennedy） 和聯(lián)合創(chuàng)始人瑞安·哈克勒 （Ryan Hackler） 從美國能源部阿貢國家實(shí)驗(yàn)室 （Argonne National Laboratory） 分拆出 Aeternal Upcycling，以應(yīng)對(duì)世界上最緊迫的環(huán)境挑戰(zhàn)之一：塑料垃圾。與產(chǎn)生低價(jià)值燃料或不一致材料的傳統(tǒng)回收技術(shù)不同，他們的目標(biāo)是將聚烯烴（聚乙烯 （PE） 和聚丙烯 （PP））進(jìn)行化學(xué)升級(jí)回收，制成與聚 α 烯烴 （PAO） 相當(dāng)?shù)母邇r(jià)值合成基礎(chǔ)油。

肯尼迪是一位專門研究催化劑開發(fā)的化學(xué)家，突破發(fā)生時(shí)，他正在阿貢大學(xué)擔(dān)任博士后研究員。“我們意識(shí)到我們可以以與石油精煉同等的價(jià)格生產(chǎn)基礎(chǔ)油，”他告訴 F+L 雜志。“而且我們可以使用氫解來干凈地做到這一點(diǎn)。”

雖然化學(xué)回收在全球范圍內(nèi)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，但并非所有方法都是平等的。最廣為人知的是熱解，涉及在無氧的情況下將塑料廢物加熱到高溫（~500°C），產(chǎn)生合成類原油液體、炭和氣體。盡管可擴(kuò)展，但熱解通常缺乏產(chǎn)品特異性，并且往往會(huì)產(chǎn)生更適合燃料混合而不是材料回收的低值輸出。

溶劑分解是另一種化學(xué)途徑，利用溶劑在中等條件下解聚縮合聚合物，例如 PET。雖然溶劑分解對(duì)清潔和回收單體有效，但不太適合聚烯烴，而聚烯烴占全球塑料廢物的大部分。

Aeternal Upcycling 采用的氫解技術(shù)提供了一種更有針對(duì)性的方法。通俗地說，氫解使用氫氣和貴金屬催化劑將大分子分解成更小、更有價(jià)值的分子。該工藝在中等溫度 （~200°C） 和較高壓力 （~30 bar） 下運(yùn)行，將廢塑料轉(zhuǎn)化為烯烴或芳烴含量極低的高石蠟碳?xì)浠衔铩?/p>

“熱解可以得到合成原油，”肯尼迪解釋道。“我們的流程為您提供產(chǎn)品。”

Aeternal Upcycling 的與眾不同

之處在于其明確專注于生產(chǎn)合成潤滑油。“我們的目標(biāo)是合成基礎(chǔ)油，”肯尼迪說。“在適當(dāng)?shù)臈l件下，我們可以從廢塑料中獲得 70-90% 的基礎(chǔ)油產(chǎn)量。”

最終產(chǎn)品含有超過 99% 的石蠟，使其成為傳統(tǒng) PAO 的有力替代品，傳統(tǒng) PAO 是合成基礎(chǔ)油，因其高粘度指數(shù)、低揮發(fā)性和出色的氧化穩(wěn)定性而受到重視。

PAO 廣泛用于高性能潤滑油應(yīng)用，包括汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油（特別是在冷啟動(dòng)條件下）、齒輪油、壓縮機(jī)油、航空渦輪潤滑油和潤滑脂。它們的氧化和熱穩(wěn)定性支持延長換油周期，并有助于提高燃油經(jīng)濟(jì)性。在電動(dòng)汽車和數(shù)據(jù)中心等新興應(yīng)用中，對(duì)超低粘度、熱穩(wěn)定流體的需求進(jìn)一步推動(dòng)了對(duì) PAO 的需求。

其他玩家正在探索類似的領(lǐng)域。例如，總部位于盧森堡的科萊特公司開發(fā)了一種專利工藝，將塑料廢棄物化學(xué)升級(jí)再造成高純度溶劑、蠟和油。該公司在南非和波蘭運(yùn)營試點(diǎn)設(shè)施，并正在荷蘭擴(kuò)大規(guī)模，瞄準(zhǔn)以下市場(chǎng)化妝品、工業(yè)潤滑劑和藥品。科萊特的技術(shù)是凈負(fù)碳的，可以處理超過 60% 的塑料廢物類型。

在加拿大，總部位于安大略省布蘭特福德的清潔技術(shù)公司 GreenMantra Technologies 正在從回收塑料中開發(fā)合成潤滑脂基礎(chǔ)油。他們的工藝在高壓反應(yīng)器中使用熱量和專有催化劑來解聚聚乙烯和相關(guān)聚合物。由此產(chǎn)生的半固體碳?xì)浠衔锟勺鳛楣I(yè)潤滑脂的基礎(chǔ)液，并與鋰和鈣皂等常見增稠劑兼容。

“就規(guī)模而言，他們領(lǐng)先于我們，”肯尼迪承認(rèn)。“但我們的工藝更簡單，規(guī)模化可能更具成本效益，并且特別專注于生產(chǎn) PAO 等合成基礎(chǔ)油。”

盡管氫解前景廣闊，但與熱解相比，氫解仍然未得到充分利用。原因主要是實(shí)際的：熱解在塑料對(duì)塑料回收中更為成熟，這是一個(gè)更大的細(xì)分市場(chǎng)。此外，氫解需要加壓氫氣并在更高的壓力下運(yùn)行，從而提高了設(shè)備、安全性和成本考慮。使用鉑或釕等昂貴的貴金屬催化劑也會(huì)增加前期資本成本，盡管這些材料具有高度可回收性。

盡管如此，氫解仍具有卓越的選擇性和能源效率。它對(duì)聚烯烴（PE 和 PP）特別有效，聚烯烴約占全球塑料廢物的 60%，而且眾所周知，它們難以機(jī)械回收。Aeternal 生產(chǎn)的 PAO 價(jià)格溢價(jià)很高，通常在每公噸 （MT） 2,500 至 3,000 美元之間，遠(yuǎn)高于 II 類和 III 類基礎(chǔ)油的市場(chǎng)價(jià)格。這種溢價(jià)反映了它們卓越的物理特性以及用原始材料生產(chǎn)它們通常需要的成本密集型原料和基礎(chǔ)設(shè)施。

通過以具有競(jìng)爭力的成本從聚烯烴廢料中生產(chǎn) PAO，Aeternal Upcycling 將自己定位為服務(wù)于高價(jià)值市場(chǎng)，該市場(chǎng)由于需要乙烯和低聚化能力而經(jīng)常面臨供應(yīng)限制。在燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)收緊、電氣化和工業(yè)自動(dòng)化不斷發(fā)展的推動(dòng)下，全球 PAO 需求持續(xù)增長。

Aeternal 的工藝旨在處理消費(fèi)后 PE 和 PP，它們?cè)谌蛩芰蠌U物流中占主導(dǎo)地位。相比之下，科萊特的技術(shù)可以加工更廣泛的聚合物。原料的可用性和一致性對(duì)于化學(xué)回收至關(guān)重要，因?yàn)橄M(fèi)后廢物是異質(zhì)的，而且經(jīng)常受到污染。Aeternal 選擇性地專注于聚烯烴，簡化了分揀和加工，并與現(xiàn)有的市政收集系統(tǒng)保持一致，為高性能潤滑油提供了一條務(wù)實(shí)且可擴(kuò)展的途徑。

“我們很挑剔，”肯尼迪承認(rèn)，“但我們對(duì)最大的蛋糕份額很挑剔。

將實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的創(chuàng)新推向市場(chǎng)絕非易事。美國能源部的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)創(chuàng)新計(jì)劃加速了 Aeternal Upcycling 的進(jìn)展，該計(jì)劃通過獲得國家實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)專長來支持初創(chuàng)企業(yè)。

如今，該公司仍處于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，但肯尼迪持樂觀態(tài)度。“我們已經(jīng)證明了化學(xué)反應(yīng)是有效的。現(xiàn)在是關(guān)于經(jīng)濟(jì)上的擴(kuò)展。

這將需要應(yīng)對(duì)供應(yīng)鏈物流、工程挑戰(zhàn)和市場(chǎng)開發(fā)。這也意味著應(yīng)對(duì)監(jiān)管變化，例如亞洲的生產(chǎn)者延伸責(zé)任 （EPR） 法和印度的回收成分強(qiáng)制要求。

“我們最大的機(jī)會(huì)之一在于政策要求潤滑油中含有回收成分的市場(chǎng)，”肯尼迪指出。“我們提供了一種方法來實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，不僅性能可比，而且可能更勝一籌。”

隨著全球?qū)γ撎嫉年P(guān)注日益加強(qiáng)，從塑料廢物中提取的合成基礎(chǔ)油可能成為一項(xiàng)關(guān)鍵戰(zhàn)略——不僅是為了減少污染，而且是為了實(shí)現(xiàn)潤滑油價(jià)值鏈的脫碳。

Aeternal Upcycling 押注其技術(shù)可以在兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)：可持續(xù)性和性能。

“本世紀(jì)真正的問題，”肯尼迪說，“我們?nèi)绾沃貜?fù)利用我們已經(jīng)提取的碳并繼續(xù)讓生活變得更美好？這是一個(gè)化學(xué)問題——我們認(rèn)為我們已經(jīng)找到了部分解決方案。

文章來源/F&L Asia*聲明：轉(zhuǎn)載內(nèi)容僅為傳遞更多信息之目的，并不意味著本平臺(tái)贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其內(nèi)容真實(shí)性；文中引用資料包括文字、圖片、音頻、視頻、特效等版權(quán)歸原作者所有，若涉及版權(quán)問題請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系我們。