État du recyclage des déchets plastiques

Les plastiques sont omniprésents, classés de nombreuses manières et sous de nombreuses variétés. Selon la classification par usage, les plastiques peuvent être divisés en plastiques généraux, plastiques techniques et plastiques spéciaux ; selon la classification par force interpolymère, les plastiques peuvent être divisés en thermoplastiques et plastiques thermodurcissables ; selon la classification par composants polymères plastiques, il peut en exister des milliers en théorie. De plus, les scientifiques et les entreprises chimiques maintiennent chaque année un certain rythme de recherche et développement, augmentant ainsi le nombre de types de plastiques. Actuellement, les principaux types de plastiques incluent : PP, PE (LDPE, HDPE), PVC, PET, PS.

L'utilisation mondiale du plastique est énorme et augmente d'année en année, mais le taux de recyclage global reste faible. Selon Statista, la production mondiale annuelle de thermoplastiques était proche du chiffre stupéfiant de 400 millions de tonnes en 2020, et devrait croître à un rythme rapide de plus de 1 % tous les cinq ans. D'ici 2050, la production mondiale de thermoplastiques devrait atteindre 589 millions de tonnes.

Étant donné que les plastiques jouent un rôle extrêmement important dans la vie humaine, il est difficile de les remplacer. Par conséquent, face à une situation de protection de l'environnement de plus en plus critique, le recyclage des déchets plastiques est devenu un sujet de préoccupation majeure pour le gouvernement et la société. Dans ce contexte, les analystes professionnels du domaine de la protection de l'environnement autour du recyclage des déchets plastiques examinent, du point de vue de la science et de la technologie, les technologies de recyclage dominantes sur le marché actuel et vulgarisent les points technologiques clés dans ce domaine.

État du recyclage des déchets plastiques :

Prévision de la production mondiale de thermoplastiques de 2020 à 2050

Comme le montre la figure ci-dessus, parmi les principaux thermoplastiques actuels, le PP a la production la plus importante, suivi du LDPE et du HDPE. Ces trois plastiques représentent à eux seuls près de 50 % de toute la production de thermoplastiques.

Le taux de recyclage des déchets plastiques est faible, et la différence entre les régions et les différentes catégories est importante. Par rapport à la production croissante de plastique dans le monde, les taux de recyclage stagnent. Selon l'Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE), seulement environ 14 à 18 % des déchets plastiques sont recyclés à l'échelle mondiale, et environ 24 % sont incinérés. Environ 58 à 62 % des déchets plastiques finissent dans des décharges ou sont rejetés dans l'environnement naturel. Le taux de recyclage des déchets plastiques varie considérablement d'une région à l'autre. Le taux de recyclage global des déchets plastiques dans l'UE est relativement élevé à l'échelle mondiale et s'est stabilisé à plus de 30 % depuis 2014. Le taux de recyclage des déchets plastiques en Chine est similaire à celui de l'Union européenne, atteignant 26,7 % en 2020. Les taux de recyclage aux États-Unis sont loin derrière les autres régions, avec un taux de recyclage global de seulement 8,7 % en 2018.

Le taux de récupération des plastiques subdivisés varie considérablement. Le tableau ci-dessous montre les taux de recyclage des différents types de déchets plastiques aux États-Unis classés par l'OCDE. On peut constater que le taux de récupération global du PET et du PE est élevé, dépassant tous deux 10 %, ce qui est supérieur au niveau global de recyclage des déchets plastiques aux États-Unis. Cependant, le taux de récupération du PP, qui a la plus grande production annuelle, est inférieur à 1 %, bien en dessous du niveau global de recyclage des déchets plastiques.

Les plastiques biodégradables émergent, mais ils sont coûteux et moins matures technologiquement. Le tableau suivant est un résumé de la production actuelle de plastique, de la maturité technologique et du prix sur le marché. Comme on peut le voir sur la figure, par rapport aux produits plastiques matures tels que le PE, le PP et le PET, le PBS et d'autres nouveaux plastiques renouvelables n'ont aucun avantage en termes de maturité technologique et de prix.

Par conséquent, le recyclage est une solution plus fiable que de compter sur les plastiques biodégradables pour atténuer le problème des déchets plastiques. De plus, par rapport au plastique vierge, la part de marché actuelle des plastiques recyclés est faible, il reste encore beaucoup de place pour la croissance. Dans ce contexte, la compréhension des points techniques clés du processus de recyclage du plastique est d'une grande importance pour les investisseurs dans les domaines connexes.

Analyse de la technologie de recyclage des déchets plastiques

Selon que la chaîne carbonée polymère des plastiques est rompue ou non, la technologie de recyclage des déchets plastiques peut être divisée en recyclage physique et recyclage chimique.

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Recyclage physique (machine de recyclage)

Le recyclage physique désigne la méthode qui ne détruit pas la structure polymère du plastique, mais nettoie et broie simplement les déchets plastiques pour ensuite procéder directement au processus de granulation du plastique. Une partie du processus peut également inclure la plastification. Le flux de processus courant est le suivant :

Tri des plastiques :

La séparation est généralement effectuée en fonction des propriétés physiques de la matière première, comme l'utilisation de la force magnétique pour éliminer une partie du métal présent, certaines substances difficiles à séparer pouvant également nécessiter un tri manuel. Les méthodes de séparation courantes incluent : la séparation manuelle, la séparation par densité, la séparation magnétique, la séparation par fluorescence X, la séparation électrostatique, etc.

Lavage et séchage des plastiques :

Différentes impuretés ont des méthodes de traitement correspondantes. Par exemple, pour nettoyer la surface du plastique de la terre ou de la poussière, un nettoyage à l'eau peut être simplement effectué ; pour la pollution par les hydrocarbures, de la lessive peut être nécessaire, mais cette méthode présente également des inconvénients évidents : elle est facile à polluer. Le séchage après le nettoyage est relativement simple, utilisant généralement un séchoir industriel pour sécher l'eau sur le corps du plastique.

Les plastiques après un tri et un nettoyage simples, afin de faciliter le traitement ultérieur, utilisent généralement des broyeurs industriels pour le traitement de concassage du plastique. Les broyeurs industriels utilisent généralement des lames pour écraser les plastiques à l'intérieur, et différents broyeurs industriels seront utilisés en fonction de la dureté ou de la forme de la matière première. Plus la taille des particules après le broyage est petite, plus le coût de broyage est élevé.

Alimentation et plastification :

Afin d'assurer la qualité des produits finis dans la ligne de production, une partie du processus peut inclure des étapes de plastification. De manière générale, pour les thermoplastiques, le but du chargement est de réduire les coûts ; pour les plastiques thermodurcissables, l'alimentation sert à réduire les coûts et à modifier. La plastification consiste à utiliser un malaxeur à une température d'environ 100-200 °C pour mélanger la charge et les déchets plastiques, afin de générer une masse, facilitant l'extrusion ultérieure.

Granulation par extrusion plastique :

Généralement, une extrudeuse est utilisée pour fabriquer des particules de plastique recyclé à partir de granulés, et la température de réaction est d'environ 150-250 °C.

Le processus de récupération physique est relativement simple et peut généralement accepter la plupart des plastiques courants sur le marché. Cependant, les inconvénients sont également évidents. Les plastiques produits après un recyclage physique sont généralement des plastiques de faible valeur, et les performances des plastiques seront réduites après un recyclage physique répété, il est donc difficile d'atteindre un recyclage physique infini. En conséquence, certains fabricants peuvent limiter le type de plastique qu'ils introduisent dans leur ligne de production de recyclage pour garantir que le produit est un plastique de haute valeur, tandis que d'autres peuvent ne recycler que des bouteilles en PET. En résumé, les scénarios d'application de la récupération physique sont limités de plusieurs manières.

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Recyclage chimique :

Le recyclage chimique est la conversion des chaînes carbonées polymères des plastiques en petites molécules pour produire du carburant, des produits chimiques, de l'électricité ou d'autres produits. Les méthodes de recyclage chimique courantes incluent :

Incinération avec production d'énergie

Également connu sous le nom de processus au peroxyde, il peut traiter tous les types de déchets plastiques. Le processus convertit le carbone et l'hydrogène des déchets plastiques en dioxyde de carbone et en eau, générant de la chaleur qui est finalement convertie en électricité injectée dans le système de transmission.

L'incinération avec production d'énergie comprend généralement trois parties : la fermentation, l'incinération et l'élimination des déchets. Le déchet plastique est mélangé à d'autres déchets, puis simplement fermenté avant d'être brûlé dans un incinérateur. La chaleur générée pendant l'incinération est utilisée pour chauffer l'eau dans la chaudière et produire de la vapeur, qui est utilisée pour entraîner une turbine afin de générer de l'électricité. Les scories produites au cours du processus et les cendres volantes collectées dans les gaz de combustion sont éliminées et envoyées dans des décharges ou réutilisées, et les gaz de combustion sont rejetés dans l'atmosphère après traitement.

Le recyclage chimique est la conversion des chaînes carbonées polymères des plastiques en petites molécules pour produire du carburant, des produits chimiques, de l'électricité ou d'autres produits. Les méthodes de recyclage chimique courantes incluent :

Incinération avec production d'énergie

Également connu sous le nom de processus au peroxyde, il peut traiter tous les types de déchets plastiques. Le processus convertit le carbone et l'hydrogène des déchets plastiques en dioxyde de carbone et en eau, générant de la chaleur qui est finalement convertie en électricité injectée dans le système de transmission.

Les avantages et les inconvénients de l'incinération avec production d'énergie sont également évidents : l'avantage est que les exigences en matière d'alimentation ne sont pas élevées et qu'elle peut traiter tous les types de plastique ; l'inconvénient est que les gaz résiduaires produits par la combustion contiennent généralement des polluants. S'il y a des déchets plastiques contenant du chlore dans l'alimentation, il peut y avoir des gaz toxiques et nocifs tels que des dioxines.

Processus d'oxydation partielle

Il est adapté aux déchets plastiques de polyoléfine. Contrairement à l'incinération, il n'y a pas d'excès d'oxygène impliqué dans la réaction. Une petite quantité d'oxygène réagit avec l'alimentation pour générer du gaz de synthèse (mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène), et le produit final peut être utilisé dans l'industrie chimique du charbon pour produire du méthanol et de l'ammoniac.

Les processus d'oxydation partielle comprennent généralement la séparation, le nettoyage et le séchage, le broyage, la fusion et la gazéification. Le processus de tri, de nettoyage, de séchage et de broyage est le même que celui de la récupération physique. Les autres processus sont principalement décrits ci-dessous :

Fusion : La température est généralement de 100-500 °C. Certains processus n'ont qu'une seule fusion, et certains processus peuvent avoir plusieurs fusions pour un effet de fusion. Dans le processus de fusion, une partie de gaz à composants légers est produite, qui peut être utilisée comme source de chaleur pendant la fusion. De plus, si l'alimentation contient des plastiques halogénés, des gaz acides halogénés et des composés halogénés peuvent également être produits. La génération de composés halogénés réduira le rendement, et la génération de composés halogénés peut être évitée en faisant passer une quantité appropriée de vapeur.

Gazéification : La température de réaction est d'environ 1000-1600 °C. Dans le processus, juste assez d'air ou d'oxygène est injecté pour obtenir une oxydation partielle, convertissant les atomes de carbone et d'hydrogène dans le plastique en monoxyde de carbone et en hydrogène, respectivement. Les produits de gazéification finaux peuvent inclure du monoxyde de carbone et de l'hydrogène, ainsi qu'une petite quantité de dioxyde de carbone, de vapeur d'eau, de gaz halogénés, etc., et une certaine quantité d'élimination des impuretés en fonction de l'utilisation finale du produit. De plus, en plus des produits gazeux, des scories sont généralement produites. Après un traitement approprié, les scories peuvent être envoyées en décharge ou pour une utilisation secondaire.

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En résumé

Le recyclage des déchets plastiques étant une partie importante de la proposition de l'ère de la neutralité carbone, nous pensons que dans un avenir prévisible, grâce à la technologie permettant de transformer les déchets plastiques de faible valeur en trésor, cela deviendra la prochaine industrie de protection de l'environnement pour résoudre les problèmes liés au plastique.