Tình trạng tái chế rác thải nhựa

Nhựa có mặt ở khắp mọi nơi, được phân loại theo nhiều cách và nhiều chủng loại khác nhau. Theo phân loại mục đích sử dụng, nhựa có thể được chia thành nhựa thông dụng, nhựa kỹ thuật và nhựa đặc biệt; Theo phân loại lực liên kết polymer, nhựa có thể được chia thành nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn; Theo phân loại thành phần polymer nhựa, về mặt lý thuyết có thể có hàng ngàn loại. Ngoài ra, các nhà khoa học và doanh nghiệp hóa chất vẫn duy trì tốc độ nghiên cứu và phát triển nhất định mỗi năm, làm tăng thêm các loại nhựa mới. Hiện nay, các loại nhựa chính bao gồm: PP, PE (LDPE, HDPE), PVC, PET, PS.

Việc sử dụng nhựa trên toàn cầu rất lớn và tăng dần theo từng năm, nhưng tỷ lệ tái chế tổng thể lại thấp. Theo Statista, sản lượng nhựa nhiệt dẻo toàn cầu hàng năm đạt gần 400 triệu tấn vào năm 2020 và dự kiến sẽ tăng trưởng với tốc độ nhanh hơn 1% mỗi năm năm. Đến năm 2050, sản lượng nhựa nhiệt dẻo toàn cầu dự kiến sẽ đạt 589 triệu tấn.

Vì nhựa đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong đời sống con người nên rất khó để thay thế chúng. Do đó, trước tình hình bảo vệ môi trường ngày càng nghiêm trọng, việc tái chế rác thải nhựa đã trở thành chủ đề được chính phủ và xã hội quan tâm rộng rãi. Trong bối cảnh trên, các chuyên gia phân tích chuyên nghiệp trong lĩnh vực bảo vệ môi trường xung quanh việc tái chế rác thải nhựa, từ quan điểm khoa học và công nghệ đã đánh giá các công nghệ tái chế chính thống trên thị trường hiện nay, phổ biến kiến thức về các điểm công nghệ then chốt trong lĩnh vực này.

Tình trạng tái chế rác thải nhựa:

Dự báo sản lượng nhựa nhiệt dẻo toàn cầu từ năm 2020 đến năm 2050

Như hình trên cho thấy, trong số các loại nhựa nhiệt dẻo chính hiện nay, PP có sản lượng lớn nhất, tiếp theo là LDPE và HDPE. Chỉ riêng ba loại nhựa này đã chiếm gần 50% tổng sản lượng nhựa nhiệt dẻo.

Tỷ lệ tái chế rác thải nhựa còn thấp, và sự khác biệt giữa các khu vực cũng như các danh mục khác nhau là rất lớn. So với sản lượng nhựa ngày càng tăng trên thế giới, tỷ lệ tái chế vẫn bị đình trệ. Theo Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD), chỉ có khoảng 14-18% rác thải nhựa được tái chế trên toàn cầu, khoảng 24% được đốt, và khoảng 58 đến 62% rác thải nhựa kết thúc tại các bãi chôn lấp hoặc bị vứt bỏ ra môi trường tự nhiên. Tỷ lệ tái chế rác thải nhựa thay đổi rất lớn tùy theo từng khu vực. Tỷ lệ tái chế rác thải nhựa tổng thể ở EU tương đối cao trên toàn thế giới và đã ổn định ở mức trên 30% kể từ năm 2014. Tỷ lệ tái chế rác thải nhựa ở Trung Quốc tương tự như Liên minh Châu Âu, đạt 26,7% vào năm 2020. Tỷ lệ tái chế tại Hoa Kỳ tụt hậu xa so với các khu vực khác, với tỷ lệ tái chế tổng thể chỉ đạt 8,7% vào năm 2018.

Tỷ lệ thu hồi của các loại nhựa phân nhỏ rất khác nhau. Biểu đồ dưới đây cho thấy tỷ lệ tái chế các loại rác thải nhựa khác nhau ở Mỹ được phân loại bởi OECD. Có thể thấy rằng tỷ lệ thu hồi tổng thể của PET và PE là cao, cả hai đều vượt quá 10%, cao hơn mức tái chế tổng thể của rác thải nhựa tại Hoa Kỳ. Tuy nhiên, tỷ lệ thu hồi của PP với sản lượng hàng năm lớn nhất lại thấp hơn 1%, thấp hơn nhiều so với mức tái chế rác thải nhựa tổng thể.

Nhựa phân hủy sinh học đang nổi lên, nhưng chúng đắt đỏ và công nghệ chưa thực sự hoàn thiện. Biểu đồ sau đây là tóm tắt về sản lượng nhựa hiện tại, độ trưởng thành của công nghệ và giá cả trên thị trường. Như có thể thấy từ hình, so với các sản phẩm nhựa trưởng thành như PE, PP và PET, các loại nhựa tái tạo mới như PBS không có lợi thế về độ trưởng thành công nghệ và giá cả.

Do đó, tái chế là một giải pháp đáng tin cậy hơn so với việc dựa vào nhựa phân hủy sinh học để giảm bớt vấn đề rác thải nhựa. Ngoài ra, so với nhựa nguyên sinh, thị phần hiện tại của nhựa tái chế còn thấp, vẫn còn nhiều dư địa để tăng trưởng. Trong bối cảnh này, việc hiểu rõ các điểm kỹ thuật then chốt trong quy trình tái chế nhựa có ý nghĩa rất lớn đối với các nhà đầu tư trong các lĩnh vực liên quan.

Phân tích công nghệ tái chế rác thải nhựa

Dựa trên việc chuỗi carbon polymer trong nhựa có bị phá vỡ hay không, công nghệ tái chế rác thải nhựa có thể được chia thành tái chế vật lý và tái chế hóa học.

1

Tái chế vật lý (máy tái chế)

Tái chế vật lý đề cập đến phương pháp không phá hủy cấu trúc polymer của nhựa, mà chỉ làm sạch và nghiền rác thải nhựa rồi trực tiếp thực hiện quy trình tạo hạt nhựa. Một phần của quy trình cũng có thể bao gồm hóa dẻo. Quy trình phổ biến như sau:

Phân loại nhựa:

Việc tách lọc thường được thực hiện thông qua các đặc tính vật lý của nguyên liệu đầu vào, chẳng hạn như sử dụng lực từ tính để loại bỏ một phần kim loại trong nguyên liệu, một số chất khó tách cũng có thể cần được phân loại thủ công. Các phương pháp tách lọc phổ biến bao gồm: phân loại thủ công, tách theo tỷ trọng, tách từ tính, tách huỳnh quang tia X, tách tĩnh điện, v.v.

Rửa và sấy khô nhựa:

Các tạp chất khác nhau có các phương pháp xử lý tương ứng. Ví dụ, làm sạch bề mặt nhựa khỏi đất, bụi, có thể loại bỏ đơn giản bằng cách rửa nước; Đối với ô nhiễm dầu, có thể cần dùng dung dịch kiềm, nhưng phương pháp này cũng có nhược điểm rõ ràng - dễ gây ô nhiễm. Việc sấy khô sau khi làm sạch tương đối đơn giản, thường sử dụng máy sấy công nghiệp để làm khô nước trên bề mặt nhựa.

Nhựa sau khi phân loại và làm sạch đơn giản, để thuận tiện cho việc xử lý tiếp theo, thường sử dụng máy nghiền công nghiệp để xử lý nghiền nhựa. Máy nghiền công nghiệp thường sử dụng lưỡi dao để nghiền nhựa bên trong, và các loại máy nghiền công nghiệp khác nhau sẽ được sử dụng tùy theo độ cứng hoặc hình dạng của nguyên liệu đầu vào. Kích thước hạt sau khi nghiền càng nhỏ thì chi phí nghiền càng cao.

Nạp liệu và hóa dẻo:

Để đảm bảo chất lượng thành phẩm trong dây chuyền sản xuất, một phần quy trình có thể bao gồm các bước hóa dẻo. Nói chung, đối với nhựa nhiệt dẻo, mục đích của việc nạp liệu là để giảm chi phí; Đối với nhựa nhiệt rắn, việc nạp liệu là để giảm chi phí và biến tính. Hóa dẻo là việc sử dụng máy nhào ở nhiệt độ khoảng 100-200°C để trộn chất độn và rác thải nhựa, tạo thành một khối, thuận tiện cho việc đùn ép tiếp theo.

Đùn tạo hạt nhựa:

Thông thường, máy đùn được sử dụng để tạo ra các hạt nhựa tái chế từ viên nhựa, và nhiệt độ phản ứng là khoảng 150-250°C.

Quy trình thu hồi vật lý tương đối đơn giản, thường có thể chấp nhận hầu hết các loại nhựa phổ biến trên thị trường. Tuy nhiên, nhược điểm cũng rất rõ ràng. Nhựa được sản xuất sau khi tái chế vật lý thường là nhựa giá trị thấp, và hiệu suất của nhựa sẽ giảm sau khi tái chế vật lý nhiều lần, vì vậy rất khó để đạt được tái chế vật lý vô hạn. Kết quả là, một số nhà sản xuất có thể giới hạn loại nhựa họ đưa vào dây chuyền sản xuất tái chế để đảm bảo sản phẩm là nhựa giá trị cao, trong khi những người khác có thể chỉ tái chế chai PET. Tóm lại, các kịch bản ứng dụng của tái chế vật lý bị hạn chế theo nhiều cách.

2

Tái chế hóa học:

Tái chế hóa học là quá trình chuyển đổi các chuỗi carbon polymer trong nhựa thành các phân tử nhỏ để sản xuất nhiên liệu, hóa chất, điện hoặc các sản phẩm khác. Các phương pháp tái chế hóa học phổ biến bao gồm:

Phát điện bằng cách đốt:

Còn được gọi là quy trình peroxide, nó có thể xử lý tất cả các loại rác thải nhựa. Quy trình này chuyển đổi carbon và hydro từ rác thải nhựa thành carbon dioxide và nước, tạo ra nhiệt cuối cùng được chuyển đổi thành điện năng đưa vào hệ thống truyền tải.

Phát điện bằng cách đốt thường có ba phần: lên men, đốt và xử lý chất thải. Rác thải nhựa được trộn với các loại rác thải khác và sau đó được lên men đơn giản trước khi đốt trong lò đốt. Nhiệt tạo ra trong quá trình đốt được sử dụng để làm nóng nước trong nồi hơi và tạo ra hơi nước, được sử dụng để chạy tuabin phát điện. Xỉ tạo ra trong quá trình này và tro bay thu gom trong khí thải được xử lý và gửi đến các bãi chôn lấp hoặc tái sử dụng, và khí thải được xả vào khí quyển sau khi xử lý.

Tái chế hóa học là quá trình chuyển đổi các chuỗi carbon polymer trong nhựa thành các phân tử nhỏ để sản xuất nhiên liệu, hóa chất, điện hoặc các sản phẩm khác. Các phương pháp tái chế hóa học phổ biến bao gồm:

Phát điện bằng cách đốt:

Còn được gọi là quy trình peroxide, nó có thể xử lý tất cả các loại rác thải nhựa. Quy trình này chuyển đổi carbon và hydro từ rác thải nhựa thành carbon dioxide và nước, tạo ra nhiệt cuối cùng được chuyển đổi thành điện năng đưa vào hệ thống truyền tải.

Ưu điểm và nhược điểm của phát điện bằng cách đốt cũng rất rõ ràng, ưu điểm là yêu cầu đầu vào không cao, có thể xử lý tất cả các loại nhựa; Nhược điểm là khí thải tạo ra từ quá trình đốt thường chứa các chất ô nhiễm. Nếu trong nguyên liệu đầu vào có rác thải nhựa chứa clo, có thể có các loại khí độc hại như dioxin.

Quy trình oxy hóa một phần:

Nó phù hợp với rác thải nhựa polyolefin. Không giống như đốt, không có oxy dư thừa tham gia vào phản ứng. Một lượng nhỏ oxy phản ứng với nguyên liệu đầu vào để tạo ra khí tổng hợp (hỗn hợp carbon monoxide và hydro), và sản phẩm cuối cùng có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp hóa chất than để sản xuất methanol và amoniac.

Các quy trình oxy hóa một phần thường bao gồm tách lọc, làm sạch và sấy khô, nghiền, nóng chảy và khí hóa. Quy trình phân loại, làm sạch, sấy khô và nghiền giống như quy trình thu hồi vật lý. Các quy trình khác được mô tả chủ yếu dưới đây:

Nóng chảy: Nhiệt độ thường là 100-500°C. Một số quy trình chỉ có một lần nóng chảy, và một số quy trình có thể có nhiều lần nóng chảy để đạt hiệu quả nóng chảy. Trong quá trình nóng chảy, một số khí thành phần nhẹ được tạo ra, có thể được sử dụng làm nguồn nhiệt trong quá trình nóng chảy. Ngoài ra, nếu nguyên liệu đầu vào chứa nhựa chứa halogen, khí axit chứa halogen và các hợp chất chứa halogen cũng có thể được tạo ra. Việc tạo ra các hợp chất chứa halogen sẽ làm giảm năng suất, và việc tạo ra các hợp chất chứa halogen có thể tránh được bằng cách truyền một lượng hơi nước thích hợp.

Khí hóa: Nhiệt độ phản ứng là khoảng 1000-1600°C. Trong quá trình này, chỉ cần bơm đủ không khí hoặc oxy để đạt được quá trình oxy hóa một phần, chuyển đổi các nguyên tử carbon và hydro trong nhựa thành carbon monoxide và hydro tương ứng. Các sản phẩm khí hóa cuối cùng có thể bao gồm carbon monoxide và hydro, cũng như một lượng nhỏ carbon dioxide, hơi nước, khí halogen, v.v., và một lượng loại bỏ tạp chất nhất định tùy thuộc vào mục đích sử dụng cuối cùng của sản phẩm. Ngoài ra, ngoài các sản phẩm khí, xỉ thường được tạo ra. Sau khi xử lý thích hợp, xỉ có thể được gửi đến bãi chôn lấp hoặc sử dụng thứ cấp.

03

Tóm lại:

Tái chế rác thải nhựa là một phần quan trọng của đề bài kỷ nguyên trung hòa carbon, chúng tôi tin rằng trong tương lai gần thông qua công nghệ biến rác thải nhựa giá trị thấp thành kho báu, hoặc trở thành ngành công nghiệp bảo vệ môi trường tiếp theo để giải quyết các vấn đề về nhựa.